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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: k8i0`VY5Y  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 3#aLCpVla  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Zad>i w}  
    布局layout wKoar  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 O]?\<&y  
    图1.二维光栅布局
    EztuVe  
    BqpJvRJd  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 +U>Y.YP  
    i>C%[dk9  
    步骤: W e*uZ?+  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 lv~ga2>z  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 3lKs>HE0  
    Wafer Dimensions: oTr,zRL  
    Length (mm): 8.5 `=Rxnl,<U  
    Width (mm): 3.0 I,"q:QS+  
    Rl_1g`84  
    2D wafer properties: 0g Hd{H=  
    Wafer refractive index: Air s#aane  
    3 点击 Profiles 与 Materials. P)~olrf  
    N7GZ'-t^Er  
    在“Materials”中加入以下材料 AG#Mj(az!  
    Name: N=1.5 Hn/V*RzQ  
    Refractive index (Re:): 1.5 &i6JBZ#~,  
    7mn&w$MS4:  
    Name: N=3.14 K,+z^{Hvh  
    Refractive index (Re:): 3.14 XsSDz}dg  
    J3/e;5w2Z  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: iG"1~/U  
    Name: ChannelPro_n=3.14 W}|k!_/  
    2D profile definition, Material: n=3.14 m63>P4h?  
    VMS3Q)Ul  
    Name: ChannelPro_n=1.5 di ]CYLf  
    2D profile definition, Material: n=1.5 l\2"u M#7  
    <e wcWr  
    6.画出以下波导结构: _`Y%Y6O1/  
    a. Linear waveguide 1 7#*`7 K'P!  
    Label: linear1 O7od2fV(i7  
    Start Horizontal offset: 0.0 M5x MTP-  
    Start vertical offset: -0.75 b/tc D r  
    End Horizontal offset: 8.5 5 o[E8c 8  
    End vertical offset: -0.75 + (`.pa z@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default AbQ nx%$u  
    Width: 1.5 1suP7o A;  
    Depth: 0.0 .3wx}!:*|  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 |Qpd<L  
    \K lY8\c[  
    b. Linear waveguide 2 :c(I-xif  
    Label: linear2 LaL{ ^wP  
    Start Horizontal offset: 0.5 '#yIcV$  
    Start vertical offset: 0.05 QVmJ_WT  
    End Horizontal offset: 1.0 CUft  
    End vertical offset: 0.05 @Hr1.f  
    Channel Thickness Tapering: Use Default m!(dk]  
    Width: 0.1 31F^38  
    Depth: 0.0 61sEeM  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 =(bTS n  
    !G<gp4Js+N  
    7.加入水平平面波: zs'Jgm.v  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: <W^>:!?w  
    Input field Transverse: Rectangular 2ppJ;P{k  
    X Position: 0.5 a4]=4[(iu>  
    Direction: Negative Direction Gsy90  
    Label: InputPlane1 jS|jPk|I.  
    2D Transverse: &x@N5j5Q  
    Center Position: 4.5 <! *O[0s  
    Half width: 5.0 P` Gb }]rW  
    Titlitng Angle: 45 $_|jI ^  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 `:dGPB BO  
    图2.波导结构(未设置周期)
    bkm: #K  
    |T*t3}  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 MB6lKLy6~  
    将Linear2代码段修改如下: R#ya9GN{  
    Dim Linear2 b8 6c[2  
    for m=1 to 8 20M]gw]  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 3'7X[{uBr  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 iE]^ 6i  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" N*KM6j  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" vJQ_mz  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ir_X65l/2  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Xa$tW%)  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" &}0#(Fa`  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True D6'-c#  
    A8ClkLC;I  
    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。 l HZ4N{n  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    )-i(%;,*e  
    "&\]1A}Z-x  
    设置仿真参数 o<g1;  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Slp_o\s$@  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: BbgKaCq  
    TE simulation SPINV.  
    Mesh Delta X: 0.015 xfqU atC  
    Mesh Delta Z: 0.015 )<T2J0*  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps QQ99sy  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 bGi k~  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 $ \ I|6[P  
            其它参数保持默认 Ft@ZK!'@  
    运行仿真 c}2"X,  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 pQ`S%]k.<  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 zKf0 :X  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ZRUI';5x  
    Eq5X/Hx  
    远场分析衍射 )!sjXiC!h  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ~tB9kLFG  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 NDG?X s [2  
    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 X- SR0x  
    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) K3`48,`?wA  
    图4.远场计算对话框
    bhCAx W  
    ?'OL2 ~  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: VWMr\]g  
    Wavelength: 0.63 Fz]!2rt  
    Refractive index: 1.5+0i ^E3 HY@j  
    Angle Initial: -90.0 #o(@S{(NZ  
    Angle Final: 90.0 _D1)_?`a@-  
    Number of Steps: 721 (U*Zz+ R   
    Distance: 100, 000*wavelength =CL h<&  
    Intensity @SAJ*h fb0  
    W\z<p P  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 T{Yk/Z/}?  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 J 77*Ue ^  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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