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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: Bk] `n'W  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 0ybMI+*  
    •光栅布局模拟和后处理分析 s<;{q+1#  
    布局layout Yyw9IYB;  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 1:RK~_E  
    图1.二维光栅布局
    Wr@q+Whq  
    0v#p4@Z  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 5S[:;o  
     ;{Yr|  
    步骤: -Un"z6*  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 OepQ Z|2  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 V@+X4`T  
    Wafer Dimensions: g'Wr+( A_  
    Length (mm): 8.5 r?9".H  
    Width (mm): 3.0 0+K<;5"63d  
    Fr-Vq =j&  
    2D wafer properties: ,Iru_=Wk~  
    Wafer refractive index: Air *TrpW?]Y&  
    3 点击 Profiles 与 Materials. vXZ )  
    pd|l&xvka  
    在“Materials”中加入以下材料 #7"";"{ z|  
    Name: N=1.5 N/[!$B0H@  
    Refractive index (Re:): 1.5 zDBm^ s  
    4b+_|kYb  
    Name: N=3.14 *to#ZMR;!  
    Refractive index (Re:): 3.14 C)~%(< D  
    \p%D;g+c  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Xy}>O*  
    Name: ChannelPro_n=3.14 t>Yl= 79,  
    2D profile definition, Material: n=3.14 l GJN;G7  
    'J)9#  
    Name: ChannelPro_n=1.5 8g=];@z  
    2D profile definition, Material: n=1.5 ,."wxP2u  
    !hE F.S  
    6.画出以下波导结构: a5(9~. 9  
    a. Linear waveguide 1 %.wx]:o  
    Label: linear1 QVah4wFL*.  
    Start Horizontal offset: 0.0 efuiFN;  
    Start vertical offset: -0.75 |[p]]) o  
    End Horizontal offset: 8.5 {{)pb>E  
    End vertical offset: -0.75 2k m0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default )NTpb  
    Width: 1.5 D&=+PAX  
    Depth: 0.0 2Ima15^+F  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 L8oqlq( 9  
    qiq=v)  
    b. Linear waveguide 2 8w#4T:hsuN  
    Label: linear2 Bat@  
    Start Horizontal offset: 0.5 b!`6s  
    Start vertical offset: 0.05 \=$G94%  
    End Horizontal offset: 1.0 RjR+'<7E^  
    End vertical offset: 0.05 +HjSU2  
    Channel Thickness Tapering: Use Default #GfM^sK  
    Width: 0.1 x TqP`ljX  
    Depth: 0.0 brK7|&R<  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 >jnx2$  
    flz7{W  
    7.加入水平平面波: .krEfY&  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: F=PBEaX  
    Input field Transverse: Rectangular FbH@qHSH  
    X Position: 0.5 ulk/I-y  
    Direction: Negative Direction `-Tb=o}.  
    Label: InputPlane1 m|;gl|dTB  
    2D Transverse: 06`caG|]-M  
    Center Position: 4.5 uL:NWgN  
    Half width: 5.0 /XNC^!z6Js  
    Titlitng Angle: 45 mE'HRv  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Xc&J.Tw#4*  
    图2.波导结构(未设置周期)
    -a l  
    R8YU#D (Q  
    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。 /g8nT1k  
    将Linear2代码段修改如下: jaIcIc=Pf  
    Dim Linear2 r=xec@R]*  
    for m=1 to 8 fJ=(oF=  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) I|2dV9y  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 J3/e;5w2Z  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" iG"1~/U  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" W}|k!_/  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" b?2 \j}  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" p9!jM\(  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" G7KOJZb+D  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True xCyD0^KY  
    #Fgybokm  
    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。 7\H_9o0$  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    hM&VMa[  
    jF(R;?,  
    设置仿真参数 T hVq5  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 DYrci?8Ith  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 7f*b5$+r  
    TE simulation !Q}Bz*Y  
    Mesh Delta X: 0.015 0IHAoV60  
    Mesh Delta Z: 0.015 <p?oFD_e4  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps A'D2uV  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 U.=TjCW  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 K_;?Sr=  
            其它参数保持默认 !<F5W <V  
    运行仿真 dZddo z_  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ) bd`U  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 d" a\`#  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 q4vHsy36  
    dIA1\;@  
    远场分析衍射 J/rF4=j%xy  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” W@+ge]9m&  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 q9\(<<f|  
    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 g>a% gVly  
    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) B"`86qc  
    图4.远场计算对话框
    1M?Sl?+j  
    TXbi>t:/S{  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: x4`|[  
    Wavelength: 0.63 T:!H^  
    Refractive index: 1.5+0i er@.<Dc  
    Angle Initial: -90.0 <d[GGkY]=  
    Angle Final: 90.0 K]^Jl0  
    Number of Steps: 721 II\}84U2 .  
    Distance: 100, 000*wavelength :>jzL8  
    Intensity [t*-s1cq  
    G*-7}7OAs  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 fAR 6  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 `2j"Z.=  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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