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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: (Q][d+} /  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 |7E1yu  
    •光栅布局模拟和后处理分析 3q$"`w  
    布局layout  <sC.  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 De:| T8&  
    图1.二维光栅布局
    ~_hn{Ou s  
    L[.RV*sL  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 20k@!BNq  
    ^@n?&  
    步骤: bZzB\FB~  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ~{gV`nm=J  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 xa|/P#q  
    Wafer Dimensions: w4\g]\  
    Length (mm): 8.5 j21nh> d  
    Width (mm): 3.0  ,7w[r<7  
    4lpkq  
    2D wafer properties: dG*2-v^G  
    Wafer refractive index: Air &! MV!9$  
    3 点击 Profiles 与 Materials. md`"zV  
    8k -l`O~  
    在“Materials”中加入以下材料 V /,F6  
    Name: N=1.5 3=xN)j#B  
    Refractive index (Re:): 1.5 ?*2Uw{~}  
    8UN7(J  
    Name: N=3.14 q, XRb  
    Refractive index (Re:): 3.14 jxNnrIA  
    0}iND$6@a  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: KO5! (vi@  
    Name: ChannelPro_n=3.14 $@Kwsoh'  
    2D profile definition, Material: n=3.14 `78)|a*R.  
    7,&M6<~  
    Name: ChannelPro_n=1.5 UbSAyf  
    2D profile definition, Material: n=1.5 UKBaGX:v  
    t*{BN>B  
    6.画出以下波导结构: E\dJb}"x %  
    a. Linear waveguide 1 A/w7 (  
    Label: linear1 ,"EgYd8-'  
    Start Horizontal offset: 0.0 1/% g VB8  
    Start vertical offset: -0.75 lzup! `g  
    End Horizontal offset: 8.5 =E10j.r  
    End vertical offset: -0.75 $`Hb -  
    Channel Thickness Tapering: Use Default m6^n8%  
    Width: 1.5 78-D/WY/X  
    Depth: 0.0 2u?k;"]V  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 q}0xQjpo  
    K \_JG $(9  
    b. Linear waveguide 2 UUaC@Rs2  
    Label: linear2 oVYW '~OID  
    Start Horizontal offset: 0.5 s(MLBV5)w  
    Start vertical offset: 0.05 C)xM>M_CB  
    End Horizontal offset: 1.0 rf]'V Jg#3  
    End vertical offset: 0.05 TZYz`l+v  
    Channel Thickness Tapering: Use Default $PE{}`#g  
    Width: 0.1 sxFkpf_h  
    Depth: 0.0 2{fPQQ;#  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ~s4o1^6L  
    }10ZPaHjl+  
    7.加入水平平面波: nYbI =_-  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: W2W4w  
    Input field Transverse: Rectangular ;;? Zd  
    X Position: 0.5 G~N$bF^R)  
    Direction: Negative Direction 1DT}_0{0Q  
    Label: InputPlane1 =!{ E!3>*D  
    2D Transverse: |VxO ,[~  
    Center Position: 4.5 9qXKHro  
    Half width: 5.0 LOf)D7T  
    Titlitng Angle: 45 (D1$&  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 $++SF)G1]_  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ipdGAG  
    eUeOyC  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 MWZH-aA(.  
    将Linear2代码段修改如下: dD.;P=AP  
    Dim Linear2 aq-R#q  
    for m=1 to 8 g\ q*,1  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) U,2H) {l/  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Lx#CFrLQ*  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" "ukiuCfVuW  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" nkii0YB!  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ?f'iS#XL  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" #9FY;~  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 7ts`uI<E@7  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True j'M=+  
    :j}4F  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 |h(05Kbk  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    .qAlPe L:  
    @=G6fW:  
    设置仿真参数 Hu-Y[~9^L:  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 kK&M>)&o#  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: Y `ySNC  
    TE simulation (dgBI}Za  
    Mesh Delta X: 0.015 tX@G`Mr(  
    Mesh Delta Z: 0.015 5eJMu=UpR  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ilr'<5 rq  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 i}E&mv'  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 b"7L ;J5|  
            其它参数保持默认 P'Diie  
    运行仿真 n1J;)VyR  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 TQ&1!~L*  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 5g\>x;cc  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 nC2e^=^  
    zPn 2  
    远场分析衍射 )Lb?ZXT3  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” fv+t%,++:  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 7+;$_,Xo<  
    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 vtu!* 7m  
    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) L=#nnj-  
    图4.远场计算对话框
    8o%g2 P9.  
    7*I:cga  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: .mwB'Ll  
    Wavelength: 0.63 8K@>BFk1.  
    Refractive index: 1.5+0i =%Z5"];  
    Angle Initial: -90.0 poU1Q#+4p*  
    Angle Final: 90.0 DqN<bu2  
    Number of Steps: 721 0Q4i<4 XW  
    Distance: 100, 000*wavelength > Sc/E}3  
    Intensity AJ"a  
    tQ7:4._  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 2m{d>  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 -|g9__|@  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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