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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: "e-Y?_S7R8  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 eX"%b(;s  
    •光栅布局模拟和后处理分析 q?LOtN? o  
    布局layout bhUE!h<  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 r%;|gIky  
    图1.二维光栅布局
    Y^]n>X  
    YIk@{V  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 P.YT/  
    "[ S[vkI  
    步骤: I;@q`Tm  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 zYaFbNi  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 !mK()#6  
    Wafer Dimensions: {m U%.5  
    Length (mm): 8.5 W7!Rf7TK  
    Width (mm): 3.0 Py*WHHO  
    eztK`_n  
    2D wafer properties: Kii@Z5R_?  
    Wafer refractive index: Air )L&y@dy)  
    3 点击 Profiles 与 Materials. L!JC)p.  
    `RY}g;  
    在“Materials”中加入以下材料 76T7<.S  
    Name: N=1.5 ]ttF''lH  
    Refractive index (Re:): 1.5 #btz94/~O  
    o+x%q<e;c  
    Name: N=3.14 V n_&q6Pa  
    Refractive index (Re:): 3.14 -+){;,  
    uVgA <*0  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: \L>XF'o  
    Name: ChannelPro_n=3.14 CY?J$sN  
    2D profile definition, Material: n=3.14 S(3h{Y"#  
    ubB1a_7  
    Name: ChannelPro_n=1.5 k:n{AoUc  
    2D profile definition, Material: n=1.5 i?B<&'G  
    1R_@C.I  
    6.画出以下波导结构: i3 XtrP""  
    a. Linear waveguide 1 Dh^l :q+c  
    Label: linear1 #c:@oe4v  
    Start Horizontal offset: 0.0 Y1lUO[F j  
    Start vertical offset: -0.75 8@vq.z}  
    End Horizontal offset: 8.5 3q4VH q  
    End vertical offset: -0.75 $l)RMP}  
    Channel Thickness Tapering: Use Default to13&#o  
    Width: 1.5 :[l}Bb,  
    Depth: 0.0 <]?71{7X  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 SkV pZh  
    ~V(>L=\V;  
    b. Linear waveguide 2 hg12NzbK  
    Label: linear2 ]|F`;}7  
    Start Horizontal offset: 0.5 mqeW,89  
    Start vertical offset: 0.05 '[6]W)f  
    End Horizontal offset: 1.0 %o9mG<.T  
    End vertical offset: 0.05 e}O&_ j-  
    Channel Thickness Tapering: Use Default YQ+8lANC  
    Width: 0.1 HpbwW=;V  
    Depth: 0.0 X,@nD@  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 At>e4t2@  
    &5jc &CS  
    7.加入水平平面波: #}.{|'L  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: .\H-?6R^  
    Input field Transverse: Rectangular 8r}tf3xMCM  
    X Position: 0.5 &pl)E$Y  
    Direction: Negative Direction ]l }v  
    Label: InputPlane1 bZSt<cH3  
    2D Transverse: >l}v _k*~B  
    Center Position: 4.5 {B=64,D^7R  
    Half width: 5.0 oTk\r$4eb  
    Titlitng Angle: 45 FXk*zXn6  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 }#Up:o]A!  
    图2.波导结构(未设置周期)
    E5gt_,j>  
    B$c'^ )  
    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。 4Tuh]5  
    将Linear2代码段修改如下: D0\*WK$  
    Dim Linear2 tZ) ,Z<  
    for m=1 to 8  k=t{o  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) QBmARQ  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 c&#Q`m  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" hRKJKQ@7  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" W;Dik%^tg  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" `$4wm0G|  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 5 3+C;]J  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" XwIHIG}  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True b7'A5]X  
    @0:Eg1-  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 EP4?+"Z  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    \Ogs]4   
    1Xcj=I- 4  
    设置仿真参数 c~M'O26bW  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 V 7 p{'C   
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: *` -  
    TE simulation (eT9N_W  
    Mesh Delta X: 0.015 }q_Iep  
    Mesh Delta Z: 0.015 heES [  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ,~=+]9t  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 9;gy38.3  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 \Pfm>$Ib=  
            其它参数保持默认 Ayw {I#"  
    运行仿真 K_j*9@  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 W)2k>cS  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 laCVj6Rk  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ?MRT  
    ?S)Pv53>}  
    远场分析衍射 nFwg pT  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” w$qdV,s 7  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Fyz1LOH[X  
    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 HlxgJw~<  
    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) 7 A{R0@  
    图4.远场计算对话框
    Rs]Y/9F;{  
    N mNj0&  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: F6{Q1DqI  
    Wavelength: 0.63 O2Y1D`&5  
    Refractive index: 1.5+0i lR ZuXo9<  
    Angle Initial: -90.0 skLr6Cs|  
    Angle Final: 90.0 KWVl7Kw#e  
    Number of Steps: 721 <7%#RJwe  
    Distance: 100, 000*wavelength FYaBP;@J%  
    Intensity 6 #jpA.;  
    3 lKBwjW  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |@D%y&  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 7?Twhs.O  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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