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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: ]^ !}*  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 $`Rxn*}V4#  
    •光栅布局模拟和后处理分析 Cgo XZX  
    布局layout w -dI<s  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 /hfUPO5  
    图1.二维光栅布局
    ' fl(N2t  
    28+HKbgK  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 &E]"c]i+  
    Bt6xV<jD  
    步骤: EOQaY  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ~*kK4]lP  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 dgY5ccP  
    Wafer Dimensions: S| "TP\o  
    Length (mm): 8.5 [k ~C+FI  
    Width (mm): 3.0 zi_[ V@Es/  
    U2=hSzY  
    2D wafer properties: /xf.\Z7<  
    Wafer refractive index: Air bQpoXs0w;  
    3 点击 Profiles 与 Materials. 4%>+Wh[  
    P|v ?  
    在“Materials”中加入以下材料 'rh\CA/}D  
    Name: N=1.5 DZ%8 |PmB  
    Refractive index (Re:): 1.5 Y)v%  
    aLHrl6"  
    Name: N=3.14 |QMT A5  
    Refractive index (Re:): 3.14 :^.u-bHI  
    d>~`j8,B  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: T#/11M$uQ  
    Name: ChannelPro_n=3.14 r.Lx%LZ\^  
    2D profile definition, Material: n=3.14 0O^U{#*$I  
    XC2Q*Z  
    Name: ChannelPro_n=1.5 vS2(Q0+TZi  
    2D profile definition, Material: n=1.5 g.=!3e&z%  
    eoJFh  
    6.画出以下波导结构: fW[_+r]  
    a. Linear waveguide 1 >LCjtm\  
    Label: linear1 8W{ g  
    Start Horizontal offset: 0.0 h4hd<,  
    Start vertical offset: -0.75 vo.EM1x  
    End Horizontal offset: 8.5 nT)~w s  
    End vertical offset: -0.75 6eOxF8  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ELD +:b  
    Width: 1.5 r@;$V_I  
    Depth: 0.0 =$[W,+X6f  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 w zdxw$E  
    $*wu~  
    b. Linear waveguide 2 zcZ^s v>  
    Label: linear2 2pw>B%1WP)  
    Start Horizontal offset: 0.5 n/Or~@pHD  
    Start vertical offset: 0.05 NCp%sGBmG  
    End Horizontal offset: 1.0 2Sv>C `FMU  
    End vertical offset: 0.05 1ME|G"$;  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ^75pV%<%  
    Width: 0.1 @i\7k(9:A  
    Depth: 0.0 x={kjym L  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 5N Fq7&rJ6  
    Un~]Q?w  
    7.加入水平平面波: Xk;Uk[  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: }D(DU5r  
    Input field Transverse: Rectangular ^9n}-Cqeq  
    X Position: 0.5 zv&ePq\#  
    Direction: Negative Direction EC0zH#N  
    Label: InputPlane1 3@%BA(M  
    2D Transverse: -<H ri5  
    Center Position: 4.5 1fmSk$ y.9  
    Half width: 5.0 5Gc_LI&v7  
    Titlitng Angle: 45 g6HphRJ5s  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 5^bh.uF  
    图2.波导结构(未设置周期)
    7O]J^H+7  
    Bi %Z2/  
    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。 ZE{aS4c  
    将Linear2代码段修改如下: ccIDMJ=2  
    Dim Linear2 `4se7{'UK`  
    for m=1 to 8 eUi> Mp  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) NU BpIx&  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 z&\Il#'\m+  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" nYo&x'  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" xn0s`I[  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 721{Ga4~S  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 9<+;hH8J_r  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" = E##},N"  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 3Pw %[q=g  
    }x{rTEq  
    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'C  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    U&tfl/  
    L{4),65  
    设置仿真参数 3U :YA&K(  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 o6`Y7,]  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: aUsul'e;M  
    TE simulation ^p{A!I!  
    Mesh Delta X: 0.015 s|fCR  
    Mesh Delta Z: 0.015 |_xZ/DT  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Lg\8NtP   
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ,AGM?&A  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 {o Q(<&Aw  
            其它参数保持默认 PT 0Qzg  
    运行仿真 Tw`F?i~  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 P2A]qX  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 FY_avW  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 &;SwLDF"1  
    n23%[#,r  
    远场分析衍射 }Rf}NWU)|  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 5i}CzA96  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _stI?fz*4k  
    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 w !=_  
    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) 0:7v/S!:  
    图4.远场计算对话框
    ]{q- Y<{"  
    pe`TH::p  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ?0 KiR?  
    Wavelength: 0.63 dXf]G6  
    Refractive index: 1.5+0i r_qncy,F  
    Angle Initial: -90.0 B;Q`vKY  
    Angle Final: 90.0 C}M0XW  
    Number of Steps: 721 ox i a}  
    Distance: 100, 000*wavelength W>aQ tT  
    Intensity [RGC!}"mr  
    nm{'HH-4  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 0{^l2?mgSb  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 AaCnTRG  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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