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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: {0lY\#qcE  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 qlIC{:E0  
    •光栅布局模拟和后处理分析 G-G!c2o  
    布局layout "z69jxXo  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 .bB_f7TH.  
    图1.二维光栅布局
    Y:FV+ SI  
    D2[wv+#)  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 D=mU!rjr1  
    6]\F_Z41  
    步骤: G#HbiVH9  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Sr)/ Mf  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 {v+i!a'+  
    Wafer Dimensions: =3{h9  
    Length (mm): 8.5 @ ~ N:F~  
    Width (mm): 3.0 jHT4I>\  
    @@*->  
    2D wafer properties: DvG.G+mo#  
    Wafer refractive index: Air Q#}} 1}Ja  
    3 点击 Profiles 与 Materials. j23OgbI  
    5u:+hB  
    在“Materials”中加入以下材料 ,vrdtL  
    Name: N=1.5 ""^9WLH4g-  
    Refractive index (Re:): 1.5  elWN-~  
    =oluw|TCe7  
    Name: N=3.14 itm;,Sbg  
    Refractive index (Re:): 3.14 LOX[h$  
    p[0Ws460  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: #"O9\X/B  
    Name: ChannelPro_n=3.14 UIL5K   
    2D profile definition, Material: n=3.14 ^Xt9AM]e  
    'M_8U0k  
    Name: ChannelPro_n=1.5 S5" xb  
    2D profile definition, Material: n=1.5 )FMpfC>An  
    t}cj8DC!  
    6.画出以下波导结构: C]W VH\P p  
    a. Linear waveguide 1 MQQiQ 2  
    Label: linear1 Q&MZ/Nnf  
    Start Horizontal offset: 0.0 K *{C:Y  
    Start vertical offset: -0.75 #Jy+:|jJ  
    End Horizontal offset: 8.5 %N/I;`  
    End vertical offset: -0.75 To]WCFp6@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default (dpBGt@  
    Width: 1.5 <9"s&G@  
    Depth: 0.0 ).9-=P HlX  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 \Wt&z,  
    bsr  
    b. Linear waveguide 2 n j; KnZ  
    Label: linear2 ?b#/*T}ac  
    Start Horizontal offset: 0.5 \z:p"eua z  
    Start vertical offset: 0.05 `*KS` z?  
    End Horizontal offset: 1.0 >/6v` 8F  
    End vertical offset: 0.05 E"#<I*b  
    Channel Thickness Tapering: Use Default J0@m Ol  
    Width: 0.1 ) OZDq]mV  
    Depth: 0.0 bTA<AoW9="  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 \Y>^L{  
    Lg9]kpOpa  
    7.加入水平平面波: ^[&*B#(  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ;y=w :r\A  
    Input field Transverse: Rectangular /iy2j8: z  
    X Position: 0.5 5c{=/}Y  
    Direction: Negative Direction mrFMdpaHl%  
    Label: InputPlane1 @*is]d+Ya  
    2D Transverse: Z6K9E=%)c  
    Center Position: 4.5 SK;f#quUQ  
    Half width: 5.0 A |NX"  
    Titlitng Angle: 45 |g8 ]WFc  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 .a;-7|x  
    图2.波导结构(未设置周期)
    bCd! ap+#  
    tDy1Gh/c  
    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。 m$QFtrvy  
    将Linear2代码段修改如下:  ynZ!  
    Dim Linear2 S _ nTp)  
    for m=1 to 8 <u->hT  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) eC[g"Ef  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 *eUL1m8Y  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" )byQ=-< 1  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" oJ6 d:  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" m6lNZb]  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ~{2@-qcm  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" [USXNe/  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True r)+dK }xl  
    V X211U.Q  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 5wGyM10  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    yQou8P=%  
    dr'6N1B@  
    设置仿真参数 ;pAkdX&b  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 B-@f.NO/s  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: `e`4[I  
    TE simulation pKr3(5~  
    Mesh Delta X: 0.015 .P =!M  
    Mesh Delta Z: 0.015 >x!N@G  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps C$,S#n@  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 2GZUMXK  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 N|[a<ut<  
            其它参数保持默认 u6(7#n02  
    运行仿真 K VQZ  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 BOh&Db*  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 9]AKNQq m  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 zQ)[re)  
    <a$cB+t  
    远场分析衍射 jg%D G2  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Ln`c DZSM  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 z,2m7C  
    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 Or_9KX2  
    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) . `hlw'20  
    图4.远场计算对话框
    d^lA52X6P  
    K"g[%O<  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: =#y&xWxL  
    Wavelength: 0.63 |/p ^e  
    Refractive index: 1.5+0i J~c]9t  
    Angle Initial: -90.0 1 ViDS  
    Angle Final: 90.0 Gi{1u}-0  
    Number of Steps: 721 yM\ 1n  
    Distance: 100, 000*wavelength L` Qiu@  
    Intensity [X~H Uk??  
    }cS3mJ  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 JBU qZ  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 #m8Oy|Y9`  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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