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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: b6;MTz*k>  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 0>m$e(Z  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Ox ,Rk  
    布局layout R[j'<gd.  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 GF@` ~im  
    图1.二维光栅布局
    ih("`//nP  
    !}|'1HIC  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 @[FO;4w  
    UK'8cz9  
    步骤: i*l =xW;bM  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 -c8h!.Q$  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 Jm=3 %H  
    Wafer Dimensions: TyO]|Q5  
    Length (mm): 8.5 S9*68l  
    Width (mm): 3.0 0 {d)f1  
    YA+R!t:F{  
    2D wafer properties: DQObHB8L  
    Wafer refractive index: Air xGOmvn^lQ  
    3 点击 Profiles 与 Materials. DQ$m@_/4w  
    ~2[kCuu  
    在“Materials”中加入以下材料 ??Urm[Y.Z  
    Name: N=1.5 \Dr( /n  
    Refractive index (Re:): 1.5 v\(6uej^  
    Q-iBK*-w  
    Name: N=3.14 c;KMox/  
    Refractive index (Re:): 3.14 Wt5pK[JV  
    gr!!pp;  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 9h+T O_T@F  
    Name: ChannelPro_n=3.14 ?W dY{;&  
    2D profile definition, Material: n=3.14 M!hD`5.3  
    sc-+?i  
    Name: ChannelPro_n=1.5 #3>jgluM'  
    2D profile definition, Material: n=1.5 modem6#x'  
    *k&V;?x|wt  
    6.画出以下波导结构: U$@}!X  
    a. Linear waveguide 1 nql{k/6  
    Label: linear1 6*1f -IbV  
    Start Horizontal offset: 0.0 ( ?e Et&  
    Start vertical offset: -0.75 ,<7HLV  
    End Horizontal offset: 8.5 Rm_+kp@\  
    End vertical offset: -0.75 ifWQwS/,a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default -oZw+ge}  
    Width: 1.5 non5e)w3@  
    Depth: 0.0 ;*Mr(#R  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 /&qE,>hd.+  
    D{6BX-Dw.  
    b. Linear waveguide 2 5ld?N2<8/  
    Label: linear2 Nw ,|4S  
    Start Horizontal offset: 0.5 Jz0AYiCq  
    Start vertical offset: 0.05 zk@s#_3ct  
    End Horizontal offset: 1.0 =Y^K   
    End vertical offset: 0.05 \,m*CYs`  
    Channel Thickness Tapering: Use Default O#!|2qN  
    Width: 0.1 ^VnnYtCRz  
    Depth: 0.0 00-2u~D&  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 pL*aU=FjQ  
    Yp3y%n  
    7.加入水平平面波: %<|<%~l&  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: mU[  
    Input field Transverse: Rectangular $E8}||d  
    X Position: 0.5 +~==qLsU  
    Direction: Negative Direction  '"hSX=  
    Label: InputPlane1 Y~r)WV!G  
    2D Transverse: zt  
    Center Position: 4.5 6\UIp#X  
    Half width: 5.0 g%)cyri  
    Titlitng Angle: 45 osO\ib_%  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 PgP\v-.  
    图2.波导结构(未设置周期)
    d|gfp:Z`a  
    mTL`8hv?  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 Ss+  
    将Linear2代码段修改如下: [T3%Xt'4  
    Dim Linear2 dtG>iJ  
    for m=1 to 8 6Xn9$C)  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 8"[{[<-   
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 d&ff1(j(  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" (6 RWI#  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" @bAu R  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"  e?o/H  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" &- My[t  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" }:s.m8LC5n  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True s|[qq7  
    1bDXv, nD  
    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。 k O.iJcZg  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    *k?y+}E_f  
    v@fy*T\3  
    设置仿真参数 |v#rSVx  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 ra@CouR^c{  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: @L 6)RF  
    TE simulation j]mnH`#BL  
    Mesh Delta X: 0.015 oykb8~u}}  
    Mesh Delta Z: 0.015 jnM}N:v  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps \nTV;@F  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 }P\6}cK  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 L{XW2c$h  
            其它参数保持默认 +KTHZpp!c2  
    运行仿真 Zv8GrkK  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 P*ZMbAf.  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 4`o<e)c3  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 wIWO?w2  
    ?O]RQXsZ2  
    远场分析衍射 I;UT; /E2  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” R$Qhu xT|  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 \W\*'C8q\  
    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 3m&  
    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) #\K"FE0PGz  
    图4.远场计算对话框
    N&$ ,uhmO  
    +A$>F@u  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: 8WKY 4nkj  
    Wavelength: 0.63 bFH`wL W  
    Refractive index: 1.5+0i 5x,/p  
    Angle Initial: -90.0 gr@Ril^  
    Angle Final: 90.0 50T^V`6  
    Number of Steps: 721 P%!=Rj^2m  
    Distance: 100, 000*wavelength PY+4OZ$  
    Intensity V&Rwj_Y  
    43O5|8o  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 1FT3d  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 `'pAiu  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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