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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: 3}gK`1Nq1  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 7r;A wa  
    •光栅布局模拟和后处理分析 #62ww-E~  
    布局layout - 'VT  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 !*ucVv;  
    图1.二维光栅布局
    <?7~,#AK  
    6FmgK"t8  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 'Hia6 <m3  
    $Yxy(7d7w  
    步骤: e^an` </{  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 VsMNi#?  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ZT8j9zs  
    Wafer Dimensions: A3$b_i@P  
    Length (mm): 8.5 1e+?O7/  
    Width (mm): 3.0 lKwcT!Q4  
    b>(l F%M  
    2D wafer properties: ;7A,'y4f  
    Wafer refractive index: Air P3|<K-dFAK  
    3 点击 Profiles 与 Materials. x}[` -  
    +~v(*s C  
    在“Materials”中加入以下材料 yLX#: nm  
    Name: N=1.5 Yt'o#"R)  
    Refractive index (Re:): 1.5 !{XO#e  
    x M[#Ah)  
    Name: N=3.14 .0ZvCv:>  
    Refractive index (Re:): 3.14 R{B~Now3  
    Og npzN  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: ZM.g +-9  
    Name: ChannelPro_n=3.14 K\ ]r  
    2D profile definition, Material: n=3.14 Z}C%%2Iz  
    2fk   
    Name: ChannelPro_n=1.5 b#U%aPH  
    2D profile definition, Material: n=1.5 c 1GP3  
    *~L]n4-  
    6.画出以下波导结构: Oe!&Jma*>  
    a. Linear waveguide 1 T}TP.!0E  
    Label: linear1 $gTPW,~s[  
    Start Horizontal offset: 0.0 ]>o2P cb;  
    Start vertical offset: -0.75 jYF3u0 )  
    End Horizontal offset: 8.5 B=r/(e  
    End vertical offset: -0.75 ?rDwYG(u]@  
    Channel Thickness Tapering: Use Default y^rg%RV  
    Width: 1.5 jayoARUB  
    Depth: 0.0 :[39g;V}c  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 ?0a 0 R  
    R2s>;V.:  
    b. Linear waveguide 2 t} M3F-NZ  
    Label: linear2 : \OvVS/  
    Start Horizontal offset: 0.5 : eFc.>KoD  
    Start vertical offset: 0.05 +bn w,B><  
    End Horizontal offset: 1.0 ]l'ki8  
    End vertical offset: 0.05 uSJP"Lw  
    Channel Thickness Tapering: Use Default ~4<3`l=A  
    Width: 0.1 mg(56)  
    Depth: 0.0 0Kk*~gR?  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 POXn6R!mM1  
    HWBom8u0  
    7.加入水平平面波: oUSG`g^P(M  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: am3E7u/  
    Input field Transverse: Rectangular $ZO<8|bW  
    X Position: 0.5 @k,(i=**  
    Direction: Negative Direction `.g8JC\_m  
    Label: InputPlane1 tV9C33  
    2D Transverse: Z B&Uhi  
    Center Position: 4.5 |hM)e*"  
    Half width: 5.0 KOx#LGz  
    Titlitng Angle: 45 BkfBFUDQ  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 f4_G[?9,  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ]:s|.C%qI  
    Nk4_!  
    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。 |plo65  
    将Linear2代码段修改如下: I+t38 un%  
    Dim Linear2 ,?6m"ov4(  
    for m=1 to 8 ""^BW Re D  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) }8: -I Nj4  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 q?4uH;h:^G  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" e~;)-Z  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" n0pe7/Ai  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" HPKyAcS\  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" e&4u^'+K  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Zr;=p"cXr  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True i%8&g2  
    66^t[[  
    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。 s.)w A`&&  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    nk 9 K\I  
    )\Q|}JV  
    设置仿真参数 O Zm[i H  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 K<JP9t6Qd  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ss8v4@C  
    TE simulation i6 ?JX@I  
    Mesh Delta X: 0.015 <h51KPo^P  
    Mesh Delta Z: 0.015 >8O=^7  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps N-YZ0/c  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 1>y=i+T/b  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 G5J ZB7C  
            其它参数保持默认 }zxh:"#K  
    运行仿真 O>5u5n  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 mm<iT59  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 u>6/_^iq  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 RyWOiQk;  
    u!k<sd_8B  
    远场分析衍射 kQlcT"R  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” _hL4@ C  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ,nRwwFd.  
    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 XPo'iI-  
    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) L)Ar{*xC  
    图4.远场计算对话框
    v^_]W3K  
    !>Y\&zA  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: -f|^}j?  
    Wavelength: 0.63 S{7ik,Gdg  
    Refractive index: 1.5+0i Nw& }qSN  
    Angle Initial: -90.0 FXEfD"  
    Angle Final: 90.0 hcc-J)=m  
    Number of Steps: 721 |P0L,R  
    Distance: 100, 000*wavelength ]m#MwN$  
    Intensity  ^-*Tn  
    xWe1F2nY  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 XfK.Fj~-  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 UA4d|^ev  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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