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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: 9J $"Qt5;6  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 Pv#>j\OR&  
    •光栅布局模拟和后处理分析 (SnrY O`#  
    布局layout lc qpwSk  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 9ER!K  
    图1.二维光栅布局
    x $@Gp  
    ;?K>dWf3f  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 {`>;I  
    {^jk_G\ys  
    步骤: Q`{2 yU:r  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 Q%Fa1h:2&  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 WH6Bs=G\}  
    Wafer Dimensions: 9-( \\$%  
    Length (mm): 8.5 $YztLcn   
    Width (mm): 3.0 e_v_y$  
    alV{| Vf[6  
    2D wafer properties: ObyF~j}j  
    Wafer refractive index: Air 7q;wj~  
    3 点击 Profiles 与 Materials. L63B# H "  
    lv=rL  
    在“Materials”中加入以下材料 w$1B|7tX;2  
    Name: N=1.5 XK=-$2n  
    Refractive index (Re:): 1.5 #x|IEjoa  
    &s>E~M0+J  
    Name: N=3.14 E# UAC2Q  
    Refractive index (Re:): 3.14 %~$coZY^  
    &RL j^A!  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: N}rc3d#  
    Name: ChannelPro_n=3.14 oT}-i [=}  
    2D profile definition, Material: n=3.14 *MM8\p_PuT  
    WLkfo6Nw  
    Name: ChannelPro_n=1.5 PC55A1(T  
    2D profile definition, Material: n=1.5 C=zc6C,  
    cf{rK`Ff^  
    6.画出以下波导结构: 1 LUvs~Qu  
    a. Linear waveguide 1 N*NGC!p`N  
    Label: linear1 r0L' mf$  
    Start Horizontal offset: 0.0 f~ -qjEWm  
    Start vertical offset: -0.75 Q@aDa8Z  
    End Horizontal offset: 8.5 .jK,6't^  
    End vertical offset: -0.75 3@8Zy:[8<  
    Channel Thickness Tapering: Use Default S #6:!  
    Width: 1.5 `\Ye:$q  
    Depth: 0.0 3^-yw`  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 }h=}!R'm   
    t}x^*I$*  
    b. Linear waveguide 2 ';iLk[  
    Label: linear2 ;/s##7qf  
    Start Horizontal offset: 0.5  <R.Ipyt.  
    Start vertical offset: 0.05 FwaYp\z  
    End Horizontal offset: 1.0 q2}6lf,J K  
    End vertical offset: 0.05 <S@XK%  
    Channel Thickness Tapering: Use Default @ ?CEi#-  
    Width: 0.1 5ji#rIAhxh  
    Depth: 0.0 :vo#(  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 xI( t!aYp  
    gl>%ADOB@  
    7.加入水平平面波: qx2M"uFJ  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: L/*K4xQ  
    Input field Transverse: Rectangular a"bael  
    X Position: 0.5 >4iVVs  
    Direction: Negative Direction aYrbB#  
    Label: InputPlane1 W~Ae&gcn#  
    2D Transverse: ,cCBAO ueO  
    Center Position: 4.5 Uf\,U8UB  
    Half width: 5.0 (_Ky' .  
    Titlitng Angle: 45 n1r'Y;G  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 eccJt  
    图2.波导结构(未设置周期)
    kpLx?zW--q  
    s^zX9IVnp  
    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。 RElIWqgY  
    将Linear2代码段修改如下: p|RFpn2ygF  
    Dim Linear2 Qoom[@$  
    for m=1 to 8 '8V>:dy>  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) F*J@OY8i  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 mr<camL5  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" {No Y`j5S  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 'Fr"96C$  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ?CSv;:  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ^udl&>  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" " gQJeMU  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True {2=f,,|+f  
    y41,T&ja  
    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。 r31)Ed$  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    @*^%^ P  
    Un^3%=;  
    设置仿真参数 :`<ME/"YE  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 )m<CmYr2  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: xjH({(/B>a  
    TE simulation 0.z\YTZ9  
    Mesh Delta X: 0.015 D V=xqC6}  
    Mesh Delta Z: 0.015 :e!3-#H  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ,ocAB;K  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 6`V~cVu  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 9*;OHoDh  
            其它参数保持默认 ihBIE  
    运行仿真 vNSeNS@jxC  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 D]NJ ^.X  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 x't@Mc  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 f`bRg8v  
    &\L\n}i-  
    远场分析衍射 :7[4wQDt4  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” SI9PgC  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Jm[_X  
    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 #j4jZBOTM  
    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) \Y^GA;AMQQ  
    图4.远场计算对话框
    Wo+^R%K' 4  
    qt`HP3J&  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ]*TW%mY  
    Wavelength: 0.63 q"$C)o  
    Refractive index: 1.5+0i F42?h:y8I  
    Angle Initial: -90.0 't n-o  
    Angle Final: 90.0 cxpG6c  
    Number of Steps: 721 &@fW6},iW  
    Distance: 100, 000*wavelength @BoZZ  
    Intensity $5N\sdyZxg  
    g[ O6WZ!F_  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 IXC2w *'m  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 O~4Q:#^c  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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