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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: f*Js= hvO  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 @x +#ZD(  
    •光栅布局模拟和后处理分析 a0\UL"z#+  
    布局layout 3~rc=e  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 1A-EP@# J  
    图1.二维光栅布局
    ?UDO%`X  
    ^^uD33@_  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 )n@3@NV  
    HC,@tfS  
    步骤: 7+4"+CA  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 vy2aNUmt  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 3=7h+ZgB  
    Wafer Dimensions: ifZNl,  
    Length (mm): 8.5 p>3'77 V  
    Width (mm): 3.0 c@M@t0WT[  
    $t'I*k^N  
    2D wafer properties: HH@xn d  
    Wafer refractive index: Air 8Oh3iO  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 1s[-2^D+EM  
    HYmXPpse  
    在“Materials”中加入以下材料 `wd*&vl  
    Name: N=1.5 kZ%W?#  
    Refractive index (Re:): 1.5 \;gt&*$-  
    *PU,Rc()6  
    Name: N=3.14 Z]\^.x9S  
    Refractive index (Re:): 3.14 NI:N W-!  
    (OQ @!R&  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: q.{/{9  
    Name: ChannelPro_n=3.14 \w[%n0  
    2D profile definition, Material: n=3.14 1:UC\WW  
    F:GKnbY  
    Name: ChannelPro_n=1.5 F6VIH(  
    2D profile definition, Material: n=1.5 f`=T@nA  
    N o\&~  
    6.画出以下波导结构: Qp&yS U8  
    a. Linear waveguide 1 SJ^?D8  
    Label: linear1 7#qL9+G  
    Start Horizontal offset: 0.0 b)^ZiRW``  
    Start vertical offset: -0.75 { BL1j  
    End Horizontal offset: 8.5 n3j h\  
    End vertical offset: -0.75 } /3pC a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default )^f Q@C8  
    Width: 1.5 ^oO5t-9<!  
    Depth: 0.0 ){6)?[G  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 WVK-dBU  
    8;&S9'ci  
    b. Linear waveguide 2 G<6grd5PP  
    Label: linear2 pF+wH MhUe  
    Start Horizontal offset: 0.5 Am0C|(#Xm  
    Start vertical offset: 0.05 WTs[Sud/  
    End Horizontal offset: 1.0 1?#9K j{ql  
    End vertical offset: 0.05 bTp2)a^G  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 8Flf,"a   
    Width: 0.1 ?QT"sj64w  
    Depth: 0.0 y$V)^-U>fw  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ~<OjXuYu  
    |hQ|'VCN  
    7.加入水平平面波: C-^%g [#  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (H%d]  
    Input field Transverse: Rectangular 3N0X?* (x|  
    X Position: 0.5 ruA+1-<f  
    Direction: Negative Direction ai  _fN  
    Label: InputPlane1 T&"dBoUq>G  
    2D Transverse: e - ]c  
    Center Position: 4.5 kDl4t]j  
    Half width: 5.0 %7d@+ .  
    Titlitng Angle: 45 dN/ "1%9)  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ^WW|AS  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ~.9o{?pbG  
    [*{\R`M  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 iZ6C8HK&&  
    将Linear2代码段修改如下: aevG<|qP  
    Dim Linear2 >VUQTg  
    for m=1 to 8 7h#faOP  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) V0 +k3H  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ^@*zH ?Rx{  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 3kqV_Pjg  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" Bx : So6:  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" pkN:D+g S  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" u$=ogp =0  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" }-q`&1!t  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True $< K)fbG  
    K&IrTA j}  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 Pn'(8bRm  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    avt>saR  
    &*]{"^  
    设置仿真参数 #+Yp^6zg  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Tb0;Mbr  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: t-7[Mk9@  
    TE simulation ^c0$pqZ}r  
    Mesh Delta X: 0.015 =Q8H]F  
    Mesh Delta Z: 0.015 `\F%l?aY  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps '0_j{ig  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 $,e?X}4  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 [b i3%yWh  
            其它参数保持默认 hi3sOK*r;<  
    运行仿真 sE%<"h\_0  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 gAr`hXO  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 hLytKPgt  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 $v'Y:  
    s\Pt,I@Y_  
    远场分析衍射 2}Z4a\YX  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Y!= k  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 XHZ: mLf  
    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 a?,[w'7FU  
    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) $D/bU lFx  
    图4.远场计算对话框
    S\3AW,c]w  
    4Ay`rG  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 6_%]\37_Z  
    Wavelength: 0.63 N$,/Q9h^  
    Refractive index: 1.5+0i lsB9;I^+x  
    Angle Initial: -90.0 O\4+_y  
    Angle Final: 90.0 5&?KW)6 Rz  
    Number of Steps: 721 ,u&tB|,W,  
    Distance: 100, 000*wavelength ,jbGM&.C  
    Intensity Q$fRi[/L  
    .@i0U  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 t8DL9RW'  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 oEQ{m5O9  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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