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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\tx  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 afEa@et'  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ~?Q sr  
    布局layout Z4j6z>qE  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ,S8K!  
    图1.二维光栅布局
    a:h<M^n049  
    |p11Jt[  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 /U~|B.z@6  
    %BqaVOKJ"f  
    步骤: qLN^9PdEE  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 '$K E= Jy  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 kmI0V[Y  
    Wafer Dimensions: Sqo+cZ  
    Length (mm): 8.5 }]?Si6_ZZ  
    Width (mm): 3.0 O !L`0 =%c  
    &NE e-cb[  
    2D wafer properties: p\6cpf  
    Wafer refractive index: Air d2 ^}ooE  
    3 点击 Profiles 与 Materials. RgE`Hr  
    24mdhT|  
    在“Materials”中加入以下材料 Ykbg5Z  
    Name: N=1.5 ^URCnJ67Se  
    Refractive index (Re:): 1.5 2ej7Ql_@c  
    kIrrbD  
    Name: N=3.14 g*| j+<:7  
    Refractive index (Re:): 3.14 5Wt){rG0Z  
    f-=\qSo  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: m7 =$*1k  
    Name: ChannelPro_n=3.14 iTVe8eI  
    2D profile definition, Material: n=3.14 `&$8/_`  
    qt GJJ#^,  
    Name: ChannelPro_n=1.5 ;SR ESW  
    2D profile definition, Material: n=1.5 y}Ky<%A!P  
    <#63tN9  
    6.画出以下波导结构: EP;/[O  
    a. Linear waveguide 1 XZ rI w  
    Label: linear1 L"L3n,%F  
    Start Horizontal offset: 0.0 N0U/u'J!g  
    Start vertical offset: -0.75 l^B.iB  
    End Horizontal offset: 8.5 z`y9<+  
    End vertical offset: -0.75 CUA @CZ6{  
    Channel Thickness Tapering: Use Default +Q*`kg'  
    Width: 1.5 15$xa_w}L  
    Depth: 0.0 T) C@6/  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 .p`4>XA  
    %B3~t>  
    b. Linear waveguide 2 R;& >PFmq  
    Label: linear2 H#- 3  
    Start Horizontal offset: 0.5 KWwtL"3  
    Start vertical offset: 0.05 Hh<H~s [  
    End Horizontal offset: 1.0 r );R/)&  
    End vertical offset: 0.05 t<%0eu|  
    Channel Thickness Tapering: Use Default uGKjZi  
    Width: 0.1 (z?HyxRT  
    Depth: 0.0 >%JPgr/ 8  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 &dtk&P{  
    |Td+,>,  
    7.加入水平平面波: E$d3+``  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: R{hX--|j  
    Input field Transverse: Rectangular L\yVE J9x  
    X Position: 0.5 `S&a.k  
    Direction: Negative Direction l/$GF|`U  
    Label: InputPlane1 z*Sm5i&)_q  
    2D Transverse: b^Hr zn  
    Center Position: 4.5 [;E%o^/^  
    Half width: 5.0 vG&>- Z  
    Titlitng Angle: 45 W<Uu.Y{sG  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 FR(W.5[  
    图2.波导结构(未设置周期)
    C2LPLquD+  
    BT_]=\zi  
    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。 -F[8 ZiZ  
    将Linear2代码段修改如下: N&8TG  
    Dim Linear2 KuNLu31%  
    for m=1 to 8 r^9l/H~ $  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) !`ol&QQ#  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ! \] ^c  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" WlL(NrVA@@  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" `s}*  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" N gNGq\!  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 3f|}p{3  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" L aTcBcI  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True -luQbGcT3  
    ! VwU=5  
    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。 +^I0> \  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ;!yK~OBxt  
    &|SWy 2 N  
    设置仿真参数 !U`&a=k  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 0SpB 2>_  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: }A9#3Y|F  
    TE simulation jiI=tg;  
    Mesh Delta X: 0.015 LS@TTiN   
    Mesh Delta Z: 0.015  ` Xc7b  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps :XKYfc_y  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Z0|5VLk,<{  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ,(jJOFf  
            其它参数保持默认 01bCP  
    运行仿真 ~f QrH%@  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 $CcjuPsK  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应  <,.$U\W  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 9t! d.}  
    AbU`wr/h 4  
    远场分析衍射 Iil2R}1  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Xz]l#w4 Pp  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Jcw^Z,  
    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 egmUUuO  
    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) W5j wD  
    图4.远场计算对话框
    YMGy-]!o  
    .j6udiv5  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: G T>'|~e  
    Wavelength: 0.63 wG3L+[,  
    Refractive index: 1.5+0i UG1<Xfu|  
    Angle Initial: -90.0 z*3b2nV  
    Angle Final: 90.0 2w>%-_]u+  
    Number of Steps: 721 Khq\@`RaT  
    Distance: 100, 000*wavelength s|YH_1r  
    Intensity vrn4yHoZ  
    SA, ~q&  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 '2,~'Zk  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 /4{WT?j  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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