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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: Z*(OcQ-  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ) }k"7"  
    •光栅布局模拟和后处理分析 [P]M)vJ**  
    布局layout 5U*${  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 1+l[P9?R[  
    图1.二维光栅布局
    bHzZ4i  
    hJX;/~L  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 \\ZhM  
    }}wSns  
    步骤: z[JM ]Wy  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 1Sv$!xX`n  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 N8!e(Y K_  
    Wafer Dimensions: #Zn+-Ih  
    Length (mm): 8.5 fUJe{C<H  
    Width (mm): 3.0 p4K 8L'nZ  
    Iapzhy2l  
    2D wafer properties: ke'OT>8  
    Wafer refractive index: Air rNgAzH  
    3 点击 Profiles 与 Materials. zj=F4]w  
    Xg}~\|n  
    在“Materials”中加入以下材料 fJi?~[5<  
    Name: N=1.5 7f~7vydZ}  
    Refractive index (Re:): 1.5 fi6_yFl  
    5'xZ9K  
    Name: N=3.14 @2\UjEo~  
    Refractive index (Re:): 3.14 5jTA6s9zA  
    d"+ _`d=`  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 3W3d $  
    Name: ChannelPro_n=3.14 L.a~vk 1  
    2D profile definition, Material: n=3.14 5zt5]zl'  
    6|1#Prj  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ^{g+HFTA@  
    2D profile definition, Material: n=1.5 Z3iX^  
    > !HC ?  
    6.画出以下波导结构: S_Vquw(+  
    a. Linear waveguide 1 \BSPv]d  
    Label: linear1 dw7h@9\ y  
    Start Horizontal offset: 0.0 ` $[`C/h  
    Start vertical offset: -0.75 o2LUB)=R'  
    End Horizontal offset: 8.5 $U%N$_k?  
    End vertical offset: -0.75 2f 9%HX(5  
    Channel Thickness Tapering: Use Default RY*s}f  
    Width: 1.5 3N{ ZX{}  
    Depth: 0.0 AOCiIPw  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 'RCX6TKBnR  
    q -^Z=,<  
    b. Linear waveguide 2 l3kBt-m  
    Label: linear2 }iR!uhi#  
    Start Horizontal offset: 0.5 d.NB@[?*  
    Start vertical offset: 0.05 uC1v^!D  
    End Horizontal offset: 1.0 e#4 iue7U  
    End vertical offset: 0.05 `Y7&}/OM  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 1;+(HB  
    Width: 0.1 {>#4{D00  
    Depth: 0.0 ;[-y>qU0  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 7me1 :}4  
    .fS1  
    7.加入水平平面波: 71Mk!E=1  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: \"A~ks~  
    Input field Transverse: Rectangular f@IL2DL}\  
    X Position: 0.5 D5 ^WiQ<  
    Direction: Negative Direction I4 4bm?[S  
    Label: InputPlane1 2lBu"R6}  
    2D Transverse: #'kVW{  
    Center Position: 4.5 [2ZZPY9?Q  
    Half width: 5.0 j [y+'O  
    Titlitng Angle: 45 u|E9X[%  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 g ??@~\Ov  
    图2.波导结构(未设置周期)
    cBnB(t%  
    n!\&X9%[8  
    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。 9=;ETLL "  
    将Linear2代码段修改如下: jQ Of+ZE  
    Dim Linear2 `]g}M,  
    for m=1 to 8 _{'HY+M  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ^'aMp}3iu  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 =nN&8vRH  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 81U(*6  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" }!RFX)T  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 0@8EIQxK"  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" v#`P?B\  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Mo+HLN  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True d[I}+%{[  
    {\f`s^;8{  
    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=< :  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    kculHIa\.  
    Wtwh.\Jba  
    设置仿真参数 cLe659&  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 H?axlRmw3  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: }x1p~N+;  
    TE simulation slMWk;fmD}  
    Mesh Delta X: 0.015 <CUe"WbE)  
    Mesh Delta Z: 0.015 w">p 8  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps z,B'I.)M  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Y r^C+Oyg  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 @[4Tdf  
            其它参数保持默认 -kd_gbnr3  
    运行仿真 `$D2w|  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 p V^hZ.  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 r$~ f[cA  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 v-@xO&<  
    ,-*oc>  
    远场分析衍射 M&iA^Wrs  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” @l:\Ka~TS  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 <<P& MObqj  
    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 k;pTOj  
    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) 0@ 9em~  
    图4.远场计算对话框
    T6ajWUw  
    #:?vpV#i  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 7$7Y)&\5 w  
    Wavelength: 0.63 \^+=vO;A  
    Refractive index: 1.5+0i 3N,!y  
    Angle Initial: -90.0 T7=~l)I  
    Angle Final: 90.0 z`D;8x2b  
    Number of Steps: 721 ',yY  
    Distance: 100, 000*wavelength 48BPo,nWR  
    Intensity QviH+9  
    6A]Ia4PL  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 r}y]B\/  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 u;Q'xuo3  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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