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    [技术]OptiFDTD应用:光栅衍射的远场分布 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-09-04
    光栅布局在大多数情况下是周期性结构。OptiFDTD中有两种实现周期性布局的方法:PBG编辑器和VB脚本。本课将重点介绍以下功能: !Qu"BF   
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 =Y|VgV  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ;- ~B)M_S`  
    布局layout w0rRSD4S8B  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 8lvV4yb  
    图1.二维光栅布局
    4xjPiHd<  
    nP$Ky1y G  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 . qO@Q=  
    C~,a!qY  
    步骤: 5F)C  jQ  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 #Z?A2r!1  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 @\0ez<.p}  
    Wafer Dimensions: 4&<oFW\r  
    Length (mm): 8.5 N{9v1`B  
    Width (mm): 3.0 U)fc*s  
    <\r T%f}3^  
    2D wafer properties: xHv ZV<#  
    Wafer refractive index: Air :}'=`wa  
    3 点击 Profiles 与 Materials. kCWV r  
    +%yfcyZ.  
    在“Materials”中加入以下材料 ^a0um/+M}  
    Name: N=1.5 g:g\>@Umo  
    Refractive index (Re:): 1.5 %(3|R@G.  
    FtP0krO(  
    Name: N=3.14 ?~BC#B\>o  
    Refractive index (Re:): 3.14 DR5\45v  
    )WNzWUfn=z  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: _mqL8ho  
    Name: ChannelPro_n=3.14 lA| 5E?  
    2D profile definition, Material: n=3.14 V,lOt4b  
    ~7*.6YnI  
    Name: ChannelPro_n=1.5 KKj a/p  
    2D profile definition, Material: n=1.5 &#{Z( h.de  
    ]#)()6)2v  
    6.画出以下波导结构: _<n~n]%  
    a. Linear waveguide 1 >?2M }TV3  
    Label: linear1 Ta ZmRL  
    Start Horizontal offset: 0.0 lk/n}bx  
    Start vertical offset: -0.75 #^u$  
    End Horizontal offset: 8.5 s Ep"D+f  
    End vertical offset: -0.75 (9''MlGd%  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 2Q/x@aT,h  
    Width: 1.5 M'?,] an  
    Depth: 0.0 2V- 16Q'%  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 >c1qpk/  
    GFj{K  
    b. Linear waveguide 2 |7'df&CA  
    Label: linear2 YqhAZp<  
    Start Horizontal offset: 0.5 [\^ n=  
    Start vertical offset: 0.05 pA'4|ffwe  
    End Horizontal offset: 1.0 a#cCpE  
    End vertical offset: 0.05 ^bGNq X  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 1{)5<!9!l  
    Width: 0.1 L*Tj^q!t+  
    Depth: 0.0 6KXtcXQ  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 5kc/Y/4o  
    "@e3EX7h  
    7.加入水平平面波: Sj%u)#Ub  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: kvL=> A  
    Input field Transverse: Rectangular @E&J_un  
    X Position: 0.5 G,&<<2{(f;  
    Direction: Negative Direction 5Yg'BkEr  
    Label: InputPlane1 @6Y?\Wx$w  
    2D Transverse: :}He\V  
    Center Position: 4.5 /C:Y94B-z  
    Half width: 5.0 v,FU^f-'  
    Titlitng Angle: 45 :(/~:^!  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ISYXH9V  
    图2.波导结构(未设置周期)
    [;n9:Qxf  
    VACQ+  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 R{C(K(5/  
    将Linear2代码段修改如下: k0OYJ/  
    Dim Linear2 }~YA5^VQ$  
    for m=1 to 8 lEH65;Nh*  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) l.q&D< _  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Ot4 Z{mA  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" S3q&rqarC%  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" UFXaEl}R   
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" v"y-0$M  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" %^?fMeI|Y  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" TJ10s%,V  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True cq,SP&T~  
    wg9t)1k{e  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 +5w))9@  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Zd3S:),&  
    7o7)0l9!  
    设置仿真参数 @CpfP;*{w`  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 RVZ")Z(  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: vDp8__^  
    TE simulation S ^!n45l  
    Mesh Delta X: 0.015 ~ 8PZ5;g  
    Mesh Delta Z: 0.015 \Z?9{J  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps prWk2_D;*  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 w;%.2VJ  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 6|gCuT4  
            其它参数保持默认 )MtF23k)g  
    运行仿真 Lm iOhx  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 35h 8O,Y  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 [8Y:65  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 :N:yLd} &  
    S(k3 `;K  
    远场分析衍射 =rMUov h  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” pd:WEI ,  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 piJu+tUy  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 r)Ma3FL0;  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) G0CW}e@)  
    图4.远场计算对话框
    ^ sOQi6pL  
    *l"T$H   
    5. 在远场对话框,设置以下参数: '*Z1tDFS  
    Wavelength: 0.63 cutuDZ  
    Refractive index: 1.5+0i ?j'7l=94A  
    Angle Initial: -90.0 ?fQ'^agq  
    Angle Final: 90.0 TEP,Dq  
    Number of Steps: 721 Y[ j6u\y  
    Distance: 100, 000*wavelength TYy?KG>:'  
    Intensity & DS/v)]  
    qFicBpB  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 HCIU!4rH  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ]tim,7s  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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