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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: V% CUMH =U  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 p|XAlia  
    •光栅布局模拟和后处理分析 HFo-4"  
    布局layout LS.r%:$mb  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 -Dzsa  
    图1.二维光栅布局
    H]31l~@]  
    ~2uh'e3  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 ] c}91  
    1;| LI?  
    步骤: ?4z8)E9Ju  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 !q4x~G0d  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 XidxNPz0^  
    Wafer Dimensions: o%y;(|4t >  
    Length (mm): 8.5 LD(C\  
    Width (mm): 3.0 Vf-5&S&9  
    0O2n/`'  
    2D wafer properties: znZ7*S >6\  
    Wafer refractive index: Air y/_wx(2  
    3 点击 Profiles 与 Materials. S{p}ux[}=  
    noNm^hFL  
    在“Materials”中加入以下材料 `_ (~ Ud  
    Name: N=1.5 ivrXwZ7jT  
    Refractive index (Re:): 1.5 :WXf.+IA  
    )u@c3?$6  
    Name: N=3.14 . p^xS6e{  
    Refractive index (Re:): 3.14 S7n"3.k  
    zW4 O4b$T  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: Y?Vz(udD  
    Name: ChannelPro_n=3.14 GVd48*  
    2D profile definition, Material: n=3.14 EZ#gp^$  
    /N^~U&7  
    Name: ChannelPro_n=1.5 qeaA&(|5  
    2D profile definition, Material: n=1.5 }X$l\pm  
    A%ywj'|z  
    6.画出以下波导结构: Q e1oT)  
    a. Linear waveguide 1 zp=!8Av  
    Label: linear1 C|z%P}u#p  
    Start Horizontal offset: 0.0 X<MpN5%|Wo  
    Start vertical offset: -0.75 f\ "`7  
    End Horizontal offset: 8.5 ~v: #zU  
    End vertical offset: -0.75 8?jxDW a  
    Channel Thickness Tapering: Use Default p/|(,)'+jx  
    Width: 1.5 : d'65KMi  
    Depth: 0.0 x3p9GAd#  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 T$b\Q  
    9NIy#  
    b. Linear waveguide 2 4nX(:K}>  
    Label: linear2 Uh6mGL z*&  
    Start Horizontal offset: 0.5 mf4z?G@6  
    Start vertical offset: 0.05 (Nz]h:}r  
    End Horizontal offset: 1.0 L :U4N*  
    End vertical offset: 0.05 kl{6]39  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Hbr^vYs5  
    Width: 0.1 0K3Hf^>m  
    Depth: 0.0 INLf#  N  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 -qn[HXq  
    SWoEt1w  
    7.加入水平平面波: G.VYp6)5  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: t* z'c  
    Input field Transverse: Rectangular :{CFTc5:A  
    X Position: 0.5 J%r7<y\  
    Direction: Negative Direction xw%)rm<t  
    Label: InputPlane1 J'7 y   
    2D Transverse: ec?1c&E  
    Center Position: 4.5 )y\BY8  
    Half width: 5.0 5LMj!)3  
    Titlitng Angle: 45 A c:\c7M;  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 75(W(V(q  
    图2.波导结构(未设置周期)
    )l2P}k7`  
    4]"w b5%  
    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。 cHn;}l!I  
    将Linear2代码段修改如下: S1C^+Sla]  
    Dim Linear2  wF;B@  
    for m=1 to 8 UT-ewXh  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) O|(o8 VS  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -M`D >  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ,^+#M{Z  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ||gEs/6-  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 1,u{&%yL"w  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" x[}06k'  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" (1y='L2rj  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True W%zmD Hk~  
    77_g}N  
    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。 H:E5xz3VQ  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    :xN8R^(  
    Uf[T_  
    设置仿真参数 U$@83?O{iM  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 b60[({A\s&  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: ?7rD42\8H  
    TE simulation 45r|1<Ro  
    Mesh Delta X: 0.015 0Ts!(b]B  
    Mesh Delta Z: 0.015  qV?sg  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 1bDJ}M~]z  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 b7qnO jC  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 d.b?! kn  
            其它参数保持默认 7n<#y;wo  
    运行仿真 xrX?ZJ  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 /9TL&_A-T  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 IE@ z@+\(  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 FB.!`%{  
    ${CYDD"mdy  
    远场分析衍射 ){jqfkL  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” J,`_,T  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 E.U0qK],  
    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 zdT->%  
    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) uJm#{[  
    图4.远场计算对话框
    7rJ9 }/<I  
    0~:e SWz=  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: bA0uGLc  
    Wavelength: 0.63 Skr iX\p  
    Refractive index: 1.5+0i Y)5)s0}  
    Angle Initial: -90.0 wFn@\3%l`  
    Angle Final: 90.0 o9~h%&  
    Number of Steps: 721 Qlf 9]ug)  
    Distance: 100, 000*wavelength  =05iW  
    Intensity mC% %)F'Zf  
    lJ("6aT?  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 f>?^uSpWH  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 %h3L  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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