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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: i3N _wv{  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 TRG"fVR  
    •光栅布局模拟和后处理分析 J*qepq`_  
    布局layout Q:lSKf  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 iiKFV>;t/  
    图1.二维光栅布局
    JYs*1<  
    USJ4qv+-  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 lB.P   
    ?}lgwKBHl;  
    步骤: 7DXT1+t  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 G23Mr9m5O  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数  E~jNUTq  
    Wafer Dimensions: " #_NA`$i  
    Length (mm): 8.5 74xI#`E  
    Width (mm): 3.0 hekAics6S  
    _~fO8_vr  
    2D wafer properties: f!eC|:D  
    Wafer refractive index: Air pu,/GBG_  
    3 点击 Profiles 与 Materials. FK;\Nce&  
    |s[m;Qm[ku  
    在“Materials”中加入以下材料 u3w `(3{ <  
    Name: N=1.5 }mk9-7  
    Refractive index (Re:): 1.5 ) ^!oM  
    )k- 7mwkZ  
    Name: N=3.14 n!A')]y"  
    Refractive index (Re:): 3.14 ,bKA]#(2  
    m RxL%!  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: 0q>f x  
    Name: ChannelPro_n=3.14 m>jX4D7KZ  
    2D profile definition, Material: n=3.14 s=u0M;A0Q  
    ^7vh ize  
    Name: ChannelPro_n=1.5 #c./<<P5}  
    2D profile definition, Material: n=1.5 \bZbz/+D  
    >dn[oS,  
    6.画出以下波导结构: 0&$e:O'v  
    a. Linear waveguide 1 LPvyfD;Zy  
    Label: linear1 cg}46)^<QH  
    Start Horizontal offset: 0.0 ]nEN3RJ  
    Start vertical offset: -0.75 `3*>tq  
    End Horizontal offset: 8.5 &W)k s  
    End vertical offset: -0.75 0[x?Q[~S_0  
    Channel Thickness Tapering: Use Default TJ ;4QL  
    Width: 1.5 )|q,RAn  
    Depth: 0.0 gjk=`lU  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 > rB7ms/@E  
    WB"$NYB  
    b. Linear waveguide 2 K &Ht37T  
    Label: linear2  Xb&r|pR  
    Start Horizontal offset: 0.5 ;_%61ZI?M<  
    Start vertical offset: 0.05 )U`H7\*)  
    End Horizontal offset: 1.0 72@8M  
    End vertical offset: 0.05 ^kch]?  
    Channel Thickness Tapering: Use Default _Oh;._PS  
    Width: 0.1 cJGA5m/{I  
    Depth: 0.0 v'2EYTVNJD  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 bv)E>%Yy  
    I^qk`5w  
    7.加入水平平面波: r9yUye}  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (uD(,3/Cw  
    Input field Transverse: Rectangular -$.$6"]  
    X Position: 0.5 3Yp_k  
    Direction: Negative Direction N`Zm[Sv7  
    Label: InputPlane1 ]j}zN2[A  
    2D Transverse:  N_=7  
    Center Position: 4.5 ,D  [  
    Half width: 5.0 4&R\6!*s  
    Titlitng Angle: 45 0v,DQJ?w8  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 jcYI"f"~  
    图2.波导结构(未设置周期)
    UFyGp>/06  
    L>).o%(R  
    8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 tv,^ Q}  
    将Linear2代码段修改如下:  ?MPM@9  
    Dim Linear2 n,9 *!1y  
    for m=1 to 8 ;^=eiurv  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) "a?k #!E  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 lF 8B+  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" `i9WnPRt  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ^8 AV#a  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" <(>v|5K0]  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" st:[|`  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ePrb G4xv  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ahhVl=9/ao  
    i5(_.1X<#{  
    点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 H]mY6D51"  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    Yc"G="XP;  
    Njc3X@4=  
    设置仿真参数 23U9+  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Yu9Ccj`  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: F<Z"W}I+6  
    TE simulation 0;!aO.l]K  
    Mesh Delta X: 0.015 /:z}WAW  
    Mesh Delta Z: 0.015 YzhZ%:8  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps  &j2L- )  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 X`.4byqdK  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 L_<&oq  
            其它参数保持默认 ?$ Uk[  
    运行仿真 c42p>}P[  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 .Uh-Wi[  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 e1[kgp   
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 7`~h'(k  
    SdnqM`uFo  
    远场分析衍射 *NFy%ktu  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” z=?ainnKx  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 qV/"30,K  
    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 3-h u'xSU  
    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) Gvtd )9^<  
    图4.远场计算对话框
    6:330"9  
    o-("S|A-  
    5. 在远场对话框,设置以下参数:  vF]?i  
    Wavelength: 0.63 fx99@%Ii  
    Refractive index: 1.5+0i $O%lYQY]  
    Angle Initial: -90.0 FOquQr1cF  
    Angle Final: 90.0 nO\|43W  
    Number of Steps: 721 q.K >v'  
    Distance: 100, 000*wavelength n"@3d.21  
    Intensity E@0w t^  
    +ulX(u(,  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 /(W{`  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 RLw=y{%p  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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