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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$b7*"z(  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 =}v ;1m  
    •光栅布局模拟和后处理分析 hK(tPl$  
    布局layout P-'_}*wxi  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 vX+.e1m  
    图1.二维光栅布局
    S[mM4et|  
    QH~Jy*\+PX  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 aG! *WHt  
    R& #tSL  
    步骤: !\;:36B#6  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 ,=|4:F9  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 /s|{by`we4  
    Wafer Dimensions:  H4:ZTl_$  
    Length (mm): 8.5 }c% pH{ HI  
    Width (mm): 3.0 ;/'|WLI9  
    LkBZlh_  
    2D wafer properties: tPU-1by$  
    Wafer refractive index: Air oG_C?(7>  
    3 点击 Profiles 与 Materials. _s+c+]bO  
    (a.1M8v+Sg  
    在“Materials”中加入以下材料 7Fz xe$A  
    Name: N=1.5 Qz+sT6js-  
    Refractive index (Re:): 1.5 Zu21L3  
    5& !'^!  
    Name: N=3.14 aMTFW_w  
    Refractive index (Re:): 3.14 `T"rG }c  
    LjaGyj>)  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: k_aW  
    Name: ChannelPro_n=3.14 7,'kpyCj  
    2D profile definition, Material: n=3.14 [i7YVwG4  
    |~K(F <;j  
    Name: ChannelPro_n=1.5 l Y'N4x7n  
    2D profile definition, Material: n=1.5 CPv iR<ms_  
    p|qyTeg  
    6.画出以下波导结构: 7I}P*%(f  
    a. Linear waveguide 1 "DQ'C%sL9  
    Label: linear1 g97]Y1g  
    Start Horizontal offset: 0.0 T3N"CUk  
    Start vertical offset: -0.75 8W+5)m.tp  
    End Horizontal offset: 8.5 ?j{C*|yHO  
    End vertical offset: -0.75 kl}Xmw{tJ  
    Channel Thickness Tapering: Use Default E0l _--  
    Width: 1.5 gR Nv-^  
    Depth: 0.0 >w|*ei:@S  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 gfy19c 9  
    S8vV!xO  
    b. Linear waveguide 2 _A+w#kiv>  
    Label: linear2 OP! R[27>  
    Start Horizontal offset: 0.5 -rSIBc:$8  
    Start vertical offset: 0.05 $_D6_|HK  
    End Horizontal offset: 1.0 1;lmu]I>)  
    End vertical offset: 0.05 kV&9`c+  
    Channel Thickness Tapering: Use Default s B 20/F  
    Width: 0.1 ;inzyFbL=  
    Depth: 0.0 +dW|^I{H}  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 6bO~/mpWT~  
    H!)=y  
    7.加入水平平面波: 9$1)k;ChP/  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: \9{F5S z  
    Input field Transverse: Rectangular Bh]!WMAw.  
    X Position: 0.5 A??@AP[7M  
    Direction: Negative Direction 3 hKBc0  
    Label: InputPlane1 K@u&(}  
    2D Transverse: u0o'K9.r  
    Center Position: 4.5 pyZ9OA!PD  
    Half width: 5.0 =!b6FjsiG  
    Titlitng Angle: 45 },@^0UH4c  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 d 8o53a]  
    图2.波导结构(未设置周期)
    ?KE$r~dn  
    V@vU"  
    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。 m D58T2 Z  
    将Linear2代码段修改如下: .12aUXo(  
    Dim Linear2 ZcE_f>KV  
    for m=1 to 8 ;xYNX  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Q<(YP.k  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 n,'OiVl[  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ?> D tw#}  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" O;9?(:_  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" \2C`<h$fN  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 'gMfN  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" mpw~hW0-  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 0s#Kp49-  
    B4Y(?JTx  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 ^K(^I*q  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    'lz "2@4{  
    G}d-(X  
    设置仿真参数 )c2_b  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Z|lU8`'5  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: q2aYEuu,  
    TE simulation w'Tq3-%V  
    Mesh Delta X: 0.015 S$q =;"  
    Mesh Delta Z: 0.015 U(>4s]O6  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps u.XQ&  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 9!',b>C6  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 oqd;6[%G  
            其它参数保持默认 0% L l  
    运行仿真 r,1e 'd:  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 7, } $u  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 )!bUR\  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 ZP\M9Ja  
    =8Jfgq9E  
    远场分析衍射 eV^d6T$  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” s ^Nw%KAv  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 }L=/A7Nk>  
    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 H6*^Ga  
    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) `r"+644  
    图4.远场计算对话框
    y&~w2{a  
    \>. LW9  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: /6uT6G+(z}  
    Wavelength: 0.63 gmKGy@]  
    Refractive index: 1.5+0i 1$/MrPT(b  
    Angle Initial: -90.0 3g'S\ G@  
    Angle Final: 90.0 (& "su3z  
    Number of Steps: 721 t_z>Cl^u  
    Distance: 100, 000*wavelength ))kF<A_MK  
    Intensity s9;#!7ms  
    pIV-kI:w  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 +d}E&=p_  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 96cJ8I8  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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