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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: Q#vur o  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 ~xA' -N/  
    •光栅布局模拟和后处理分析 dvUJk<;w  
    布局layout L >xN7N3&m  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 jaDZPX-yS  
    图1.二维光栅布局
    v/(< fI^  
    Qg4qjX](?  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 iHR?]]RF  
    Iunt!L  
    步骤: N L~}  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ./[t'dgC  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 2avSsN{^  
    Wafer Dimensions: 4s3n|6v  
    Length (mm): 8.5 dhV =;'   
    Width (mm): 3.0 j]kx~  
    rH & ^SNc  
    2D wafer properties: PInU-"gG  
    Wafer refractive index: Air 7kj#3(e  
    3 点击 Profiles 与 Materials. wG -X833\(  
    " Z#&A  
    在“Materials”中加入以下材料 <b{ApsRJf  
    Name: N=1.5 ]"F0"UH,  
    Refractive index (Re:): 1.5 ;K`qSX;;c(  
    "tm2YUG},s  
    Name: N=3.14 8+lM6O ~!  
    Refractive index (Re:): 3.14 L0Xb^vx}m  
    "S*lI^8Z!  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: #lF8"@)a-$  
    Name: ChannelPro_n=3.14 l'mgjv~  
    2D profile definition, Material: n=3.14 eB5; wH  
    poQY X5  
    Name: ChannelPro_n=1.5 -3F|)qwK  
    2D profile definition, Material: n=1.5 X 5pp8~  
    Q]66v$  
    6.画出以下波导结构: )ASI 41  
    a. Linear waveguide 1 c:4 i&|n  
    Label: linear1 IhY[c/ |i  
    Start Horizontal offset: 0.0 U^:+J-z{  
    Start vertical offset: -0.75 @G^ l`%  
    End Horizontal offset: 8.5 7H9&\ur9+  
    End vertical offset: -0.75 "Q-TLN5(  
    Channel Thickness Tapering: Use Default pWK7B`t  
    Width: 1.5 _6xC4@~h*  
    Depth: 0.0 ':6`M  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 <`n T+c  
    RCgZ GP  
    b. Linear waveguide 2 0c /xE<h  
    Label: linear2 P^T]Ubv"  
    Start Horizontal offset: 0.5 SW# 5px`  
    Start vertical offset: 0.05 FUiEayM  
    End Horizontal offset: 1.0 NRgNh5/  
    End vertical offset: 0.05 sO,,i]a0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default w+z~Mz}Vz  
    Width: 0.1 L;wzvz\+  
    Depth: 0.0 [y&yy|*\  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 Hq ]f$Q6:  
    p0>W}+8fF  
    7.加入水平平面波: l'y)L@|Qrh  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Wz;7 |UC  
    Input field Transverse: Rectangular 'QeCJ5p]  
    X Position: 0.5 [x{'NwP?  
    Direction: Negative Direction STtjkZ6  
    Label: InputPlane1  MV'q_{J  
    2D Transverse: D!^&*Ia?2  
    Center Position: 4.5 Rm>AU=  
    Half width: 5.0 33:{IV;k  
    Titlitng Angle: 45 _H} 8eU  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 8{^zXJi]m  
    图2.波导结构(未设置周期)
    )7f;FWI  
    #R-l2OO^]  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 p.~hZ+ x_  
    将Linear2代码段修改如下: U9[QdC  
    Dim Linear2  vtk0 j  
    for m=1 to 8 qT5q3A(8  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) {(Jbgsxm  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 1Tm,#o  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 9kZ[Z ,=>  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" NGIt~"e7R4  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ;&RBg+Pr  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Ymt.>8L  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" }M7{~ov#s  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 3)cH\gsg9  
    (JenTL`%u  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 @ LPs.e  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    m~c6b{F3Z-  
    "{>BP$Jz  
    设置仿真参数 ||yx?q6\h  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 >h)D~U(H  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?DJ/Yw>>3  
    TE simulation UZvF5Hoe+O  
    Mesh Delta X: 0.015 uC$!|I  
    Mesh Delta Z: 0.015 Lp31Y . 4  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps bAOL<0RS9`  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 (`'(`x#  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 l5P!9P  
            其它参数保持默认 =^ZDP1h/}  
    运行仿真 c6-~PKJL  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 aN UU' [  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 V) xwlvX  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ZQ1,6<^9i[  
    x_L5NsO:  
    远场分析衍射 ]8 vsr$E#  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” [Z]%jABR  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 6K Cv  
    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 -qyhg-k6  
    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) BcXPgM!Xqz  
    图4.远场计算对话框
    7! sR%h5p  
    u0;k_6N  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: \gCh'3  
    Wavelength: 0.63 d#(ffPlq  
    Refractive index: 1.5+0i CWdpF>En  
    Angle Initial: -90.0 unvS`>)Np  
    Angle Final: 90.0 ZX0#I W  
    Number of Steps: 721 u!CcTE*  
    Distance: 100, 000*wavelength z"%{SI^  
    Intensity zQ~N(Jj?h  
    tn 38T%  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 RoFoEp  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 E[NszM[P  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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