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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: 7=wQ#bq"1P  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 hn&NypI  
    •光栅布局模拟和后处理分析 b!EqYT  
    布局layout 3)^ 2X  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 %3K'[2F  
    图1.二维光栅布局
    m[N&UM#  
    4!M0)Nix  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 I|/|\  
    ]jmZ5h#[  
    步骤: ' #t1e]  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 $nf %<Q  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Sc]h^B^7  
    Wafer Dimensions: sY}0PB  
    Length (mm): 8.5 ^h<ElK  
    Width (mm): 3.0 7B)@ aUj$  
    EY:EpVin  
    2D wafer properties: IPY[x|  
    Wafer refractive index: Air Z= pvoTY  
    3 点击 Profiles 与 Materials. ar`}+2Qh0  
    eTtiAF=bW  
    在“Materials”中加入以下材料 (Y?}'?  
    Name: N=1.5 7'{Y7]+z+  
    Refractive index (Re:): 1.5 C*Y0GfW=  
    s*>B"#En  
    Name: N=3.14 $A:?o?"7}  
    Refractive index (Re:): 3.14 *+ O  
    s*kSl:T @O  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 0gKSjTqo  
    Name: ChannelPro_n=3.14 O;#0Yg  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Xpmi(~n  
    z8PV&o  
    Name: ChannelPro_n=1.5 H)+wkR!~  
    2D profile definition, Material: n=1.5 UzkX;UA  
    "Z a}p|Ct  
    6.画出以下波导结构:  !h* F58  
    a. Linear waveguide 1 <QK2Wc_}-"  
    Label: linear1 # 9ZO1\  
    Start Horizontal offset: 0.0 n{%[G2.A  
    Start vertical offset: -0.75 pH?"@  
    End Horizontal offset: 8.5 /.1h_[K]  
    End vertical offset: -0.75 O~F8lQ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default {/qq*0wa  
    Width: 1.5 wOl]N2<  
    Depth: 0.0 ur/:aI  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 s|Zv>Qt  
    uo^tND4a;j  
    b. Linear waveguide 2 S#Pni}JD  
    Label: linear2 @p7*JLO  
    Start Horizontal offset: 0.5 !~f!O"n)3r  
    Start vertical offset: 0.05 tp+H]H3  
    End Horizontal offset: 1.0 ::k/hP9.^  
    End vertical offset: 0.05 ey[+"6Awne  
    Channel Thickness Tapering: Use Default +q~dS.  
    Width: 0.1 >Co5_sCe  
    Depth: 0.0 Y/n],(t)  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 (wEaw|Zx  
    =a./HCF  
    7.加入水平平面波: j1P#({z[  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 4kf8Am(  
    Input field Transverse: Rectangular ;rh@q4#  
    X Position: 0.5 k*= #XbX  
    Direction: Negative Direction ?{-y? %y  
    Label: InputPlane1 _WHGd&u  
    2D Transverse: J]4Uh_>)  
    Center Position: 4.5 UxVxnJ_  
    Half width: 5.0 F%q}N,W  
    Titlitng Angle: 45 H5p&dNO  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 \@:mq]Y  
    图2.波导结构(未设置周期)
    #vvQ 1ub  
    s4{>7`N2  
    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。 2z0 27P-Q  
    将Linear2代码段修改如下: p EbyQ[  
    Dim Linear2 ."JtR  
    for m=1 to 8 6J%yo[A(w  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) '"Y(2grP  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 si3@R?WR6*  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" .uu[MzMIu  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" G![JRJxQ  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" "\M^jO  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" '#@tovr  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" R8<P}mv  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True InR/g@n+D1  
    dgM@|&9*m  
    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。 :Z5Twb3h  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Eh&HN-&  
    6'1m3<G_  
    设置仿真参数 vmK`QPu 2  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Omy<Y@$  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: %.VFj7J  
    TE simulation ua>YI  
    Mesh Delta X: 0.015 0Wc8\c  
    Mesh Delta Z: 0.015 '?MT " G  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps /#I~iYPe  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 U/3 <p8  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Ov PTgiI!N  
            其它参数保持默认 ,$<="kJk  
    运行仿真 (S1Co&SX  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 hTVA^j(w  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 s+OXT4>+  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 l's*HExR  
    Doc_rQYku  
    远场分析衍射 Tg ~SGAc  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” tDIQ=  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 TdWatvY5p  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 Y ]6kA5  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) @j|=M7B  
    图4.远场计算对话框
    'WQ?%da  
    9S]]KEGn4  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: p?XVO#  
    Wavelength: 0.63 o6T'U#7P  
    Refractive index: 1.5+0i 3r-oZ8/n  
    Angle Initial: -90.0 UY$Lqe~  
    Angle Final: 90.0 x|lX1Mh$  
    Number of Steps: 721 ,37\8y?o\  
    Distance: 100, 000*wavelength cHjnuL0fsy  
    Intensity G=l-S\0@  
    pDV8B/{  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |g,99YIv>  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ].r~?9'/  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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