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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: DJUtuex  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 4f,x@:Jw  
    •光栅布局模拟和后处理分析 eQj/)@B:V  
    布局layout pQ8+T|0x  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 #1R %7*$i  
    图1.二维光栅布局
    h (2k;M^s  
    1A`";E&  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 d5hE!=  
    b"9,DQB=i  
    步骤: s6uAF(4,  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 _Oq\YQb v  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 &.B6P|N'  
    Wafer Dimensions: N3) v,S-  
    Length (mm): 8.5 Eq{TZV  
    Width (mm): 3.0 5Bo)j_Qo  
    v^'~-^s  
    2D wafer properties: c-d}E!C:  
    Wafer refractive index: Air Xi.?9J`@  
    3 点击 Profiles 与 Materials. :DJ@HY  
    3R {y68-S  
    在“Materials”中加入以下材料 C"<@EMU9  
    Name: N=1.5 wt;aO_l  
    Refractive index (Re:): 1.5 oJ:J'$W(  
    R3A^VE;qP  
    Name: N=3.14 ;0'v`ob'.?  
    Refractive index (Re:): 3.14 Xg,BK0O  
    bk]|C!7$  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: _!zY(9%  
    Name: ChannelPro_n=3.14 qZe"'"3M  
    2D profile definition, Material: n=3.14 M5uN1*   
    IIkJ"Qg.  
    Name: ChannelPro_n=1.5 X Rn=;gK%J  
    2D profile definition, Material: n=1.5 2Fi*)\{  
    wn&2-m*a  
    6.画出以下波导结构: pJ[Q.QxU  
    a. Linear waveguide 1 `>Cx!sYhV  
    Label: linear1 PQ>JoRs  
    Start Horizontal offset: 0.0 -yeT$P&|  
    Start vertical offset: -0.75 tw66XxE  
    End Horizontal offset: 8.5 k9n93I|Cm  
    End vertical offset: -0.75 R8l9i2  
    Channel Thickness Tapering: Use Default iY-dM(_:]  
    Width: 1.5 ,H*3_c&Q  
    Depth: 0.0 Rd)QVEk>SD  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 "T|\  
    "L]_NS T  
    b. Linear waveguide 2 S J5kA`  
    Label: linear2 S6]':  
    Start Horizontal offset: 0.5 4KCxhJq  
    Start vertical offset: 0.05 $]FWpr%)  
    End Horizontal offset: 1.0 zu#o<6E{  
    End vertical offset: 0.05 *rLs!/[Z_  
    Channel Thickness Tapering: Use Default pC6_ jIZ  
    Width: 0.1 $$a"A(Y  
    Depth: 0.0 }8HLyK,4  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 e 3K  
    Cp%|Q.?  
    7.加入水平平面波: 8{C3ijR  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: |Bp?"8%*l  
    Input field Transverse: Rectangular 4%TC2Laii  
    X Position: 0.5 DN+`Q{KS  
    Direction: Negative Direction z( wXs&z;  
    Label: InputPlane1 i(WWF#N 5  
    2D Transverse: lK-I[i!  
    Center Position: 4.5 cc[w%jlA#  
    Half width: 5.0 /03>|Juo  
    Titlitng Angle: 45 cF6|IlhO  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 E' Bt1 u  
    图2.波导结构(未设置周期)
    }1V&(#H2  
    C7{wI`~  
    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。 ]l%j>Vb!L  
    将Linear2代码段修改如下: _D~a4tgS  
    Dim Linear2 Gsb]e  
    for m=1 to 8 ^|Y!NHYH$Z  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) c\Dv3bF  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 x?3p3[y  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" DxlX-  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" * XJSa  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" E O5Vg  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" QUt!fF@t  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" DcOLK\  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True b}fH$.V@  
    '&9b*u";x(  
    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。 b|NEU-oy  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    ?V0IryF;  
    gnQd#`  
    设置仿真参数 9g7T~|P  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框  Dg@6o  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: /=N`P &R#  
    TE simulation 'Gk|&^  
    Mesh Delta X: 0.015 7$'ja  
    Mesh Delta Z: 0.015 @bZb#,n]  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps fc91D]c  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 wNlp4Z'[  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 }sFHb[I &  
            其它参数保持默认 1W U-gQki!  
    运行仿真 Vh&uSi1V  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 s[hD9$VB>  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ;/v^@  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 m\(a{x  
    TtzB[F  
    远场分析衍射 {0?76|  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” N67m=wRx  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 uZfo[_g0S  
    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 ^dro*a,  
    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) u URf  
    图4.远场计算对话框
    ~Y{K ^:wN^  
    uB\A8zC  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: Ae"B]Cxb_X  
    Wavelength: 0.63 PH6uP]  
    Refractive index: 1.5+0i y0 xte&  
    Angle Initial: -90.0 +p2)uXqW  
    Angle Final: 90.0 "h "vp&A  
    Number of Steps: 721 , vWcWT  
    Distance: 100, 000*wavelength ~sOAm  
    Intensity > B==*,|  
    jN'zNOV~  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 B9]KC i  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 S;Vj5  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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