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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: ZIaFvm&q7Z  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 sV`XJ9e|  
    •光栅布局模拟和后处理分析 >soSOJ[   
    布局layout !jN$U%/,%.  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 9<*<-x{A17  
    图1.二维光栅布局
    K(}<L-cv  
    /O$)m[  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 Xgo`XsA  
    7 '7a`-W  
    步骤: ''CowI  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 cqb]LC  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 pEiq;2{~Yn  
    Wafer Dimensions: N<|-b0#Z6  
    Length (mm): 8.5 4,ewp coC%  
    Width (mm): 3.0 &0J/V>k  
    P)hawH=  
    2D wafer properties: Jl89}Sf  
    Wafer refractive index: Air lziC.Dpa  
    3 点击 Profiles 与 Materials. i$4lBy_2  
    s9BdmD^|#  
    在“Materials”中加入以下材料 /S%!{;:  
    Name: N=1.5 Ht%O9v  
    Refractive index (Re:): 1.5 A|P `\_  
    b/eo]Id]  
    Name: N=3.14 SrXuiiK  
    Refractive index (Re:): 3.14 M,N(be-  
    BC1P3Sk 6X  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: '8fh(`  
    Name: ChannelPro_n=3.14 +F6R@@rWr  
    2D profile definition, Material: n=3.14 8j!(*'J.  
    x`p3I*_HT5  
    Name: ChannelPro_n=1.5 X]t *  
    2D profile definition, Material: n=1.5 DT#Z6A  
    '>|5  
    6.画出以下波导结构: JLV?n,nF  
    a. Linear waveguide 1 8\8%FSrc  
    Label: linear1 ?[ vC?P  
    Start Horizontal offset: 0.0 | b)N;t  
    Start vertical offset: -0.75 c#(&\g2H  
    End Horizontal offset: 8.5 `H\NJ,  
    End vertical offset: -0.75 gPWl#5P:  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 1V1T1  
    Width: 1.5 8_ _C T  
    Depth: 0.0 7)a u#K6  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 *wfkjG  
    ?C9>bKo*2H  
    b. Linear waveguide 2 c9;oB|8|  
    Label: linear2 Q@#Gm9m  
    Start Horizontal offset: 0.5 Q mn'G4#@E  
    Start vertical offset: 0.05 z50f$!?  
    End Horizontal offset: 1.0 U>_#,j  
    End vertical offset: 0.05 g].hL  
    Channel Thickness Tapering: Use Default _yVF+\kQ  
    Width: 0.1 Voc&T+A m  
    Depth: 0.0 7q:  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 vW4N[ .+  
    1Du9N[2'P  
    7.加入水平平面波: a fhZM$  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: nzORG  
    Input field Transverse: Rectangular 4WV)&50  
    X Position: 0.5 _d/ZaCx'i  
    Direction: Negative Direction "n=Ih_J  
    Label: InputPlane1 T89VSB~  
    2D Transverse: Li\BRlebR{  
    Center Position: 4.5 %epK-q9[  
    Half width: 5.0 {:9P4<%H  
    Titlitng Angle: 45 jj 9eFB  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 b(H) 8#C  
    图2.波导结构(未设置周期)
    b`sph%&  
    QabYkL5@  
    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。 *d/]-JN,K  
    将Linear2代码段修改如下: [M6/?4\  
    Dim Linear2 ? /Z hu  
    for m=1 to 8 ;F<)BEXC<  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 7'xds  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 OT5'cl  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" k)R>5?_  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" F I\V6\B/  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Z;JZ<vEt92  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" l?%U*~*  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" v{2 Vg  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True *oX~z>aE  
    >, }m=X8  
    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。 "i_}\p.,X  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    [0G>=h@u  
    "ci<W_lx  
    设置仿真参数 ?RD)a`y51  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 4x:Odt5  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: cIgicp}U  
    TE simulation Kv:ih=?  
    Mesh Delta X: 0.015 q}["Nww-  
    Mesh Delta Z: 0.015 $'Hg}|53  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps qqYH}%0dz  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 lFY;O !Y5\  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 :I}_  
            其它参数保持默认 U q6..<#  
    运行仿真 h D/b O  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 }f6x>  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 9bT,=b;  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 IczEddt@'  
    o;JBe"1  
    远场分析衍射 jjm-%W@  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” -j9R%+YW<  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 !2N#H~{  
    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 F#^.L|d4  
    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) LV 94i  
    图4.远场计算对话框
    ;.h5; `&  
    3;`93TO{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: `#X{.  
    Wavelength: 0.63 hGF(E*  
    Refractive index: 1.5+0i 6P;1I+5m{q  
    Angle Initial: -90.0 ?^&!/,  
    Angle Final: 90.0 b`K~l'8  
    Number of Steps: 721 8L 9;VY^Y  
    Distance: 100, 000*wavelength :OBggb#?!  
    Intensity <..%@]+  
    $/45*  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 b,G+=&6u  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 MT#9x>  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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