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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: :=iM$_tp'  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 9sfB+]}h  
    •光栅布局模拟和后处理分析 oP|pOs\$p  
    布局layout e B(S+p?  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 )|{1&F1  
    图1.二维光栅布局
    < tu[cA>  
    94qHY1rp  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 p5twL  
    ;EE&~&*w  
    步骤: O5G<O(,\  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 K-"HcHuF  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ^ RcIE (  
    Wafer Dimensions: ])$. "g  
    Length (mm): 8.5 `aO@N(  
    Width (mm): 3.0 UgnsV*e&  
    =E"kv!e   
    2D wafer properties: T;4gcJPn"M  
    Wafer refractive index: Air JEm?26n X  
    3 点击 Profiles 与 Materials. lH,]ZA./  
    3G%XG{dg  
    在“Materials”中加入以下材料 $8X tI  
    Name: N=1.5 Fl#VKU3h  
    Refractive index (Re:): 1.5 )L(d$N=Bd  
    }(g+:]p-  
    Name: N=3.14 9GtVI^]  
    Refractive index (Re:): 3.14 DiYJlD&  
    MoKXl?B<  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: #v~S",*.f  
    Name: ChannelPro_n=3.14 y3@x*_K8  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ~-`BSR  
    (4{@oM#H6  
    Name: ChannelPro_n=1.5 aoakTi!}  
    2D profile definition, Material: n=1.5 sS1J.R  
    RBK>Lws6  
    6.画出以下波导结构: [:R P9r}  
    a. Linear waveguide 1 nuQLq^e  
    Label: linear1 o+X'(!Trw  
    Start Horizontal offset: 0.0 Z_^Kl76D  
    Start vertical offset: -0.75 k^dCX+  
    End Horizontal offset: 8.5 %<ptkZK#  
    End vertical offset: -0.75 } ^GV(]K  
    Channel Thickness Tapering: Use Default #*>7X>,J  
    Width: 1.5 3R:7bex  
    Depth: 0.0 Xb+if  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 4|@FO}rK[l  
    ko+M,kjwR  
    b. Linear waveguide 2 Og;$P 'U  
    Label: linear2 [y=$2  
    Start Horizontal offset: 0.5 53u.p c  
    Start vertical offset: 0.05 I 3zitI;  
    End Horizontal offset: 1.0 ZoNNM4M+  
    End vertical offset: 0.05 R/Dy05nloe  
    Channel Thickness Tapering: Use Default 9tc@   
    Width: 0.1 Vm1c-,)3  
    Depth: 0.0 #Zavdkw=d  
    Profile: ChannelPro_n=3.14  I^(o3B  
    1z};"A  
    7.加入水平平面波: Y%?!AmER  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: QhE("}1  
    Input field Transverse: Rectangular [@. jL0>  
    X Position: 0.5 E~Up\f  
    Direction: Negative Direction d$?n6|4  
    Label: InputPlane1 pqQdr-aR=  
    2D Transverse: K` _E>k  
    Center Position: 4.5 T\e)Czz2-  
    Half width: 5.0 Uwm[q+sTp  
    Titlitng Angle: 45 c;~Llj P  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 |_xiG~  
    图2.波导结构(未设置周期)
    A Fm*60C  
    TNPGw!  
    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。 xX4^nem\G  
    将Linear2代码段修改如下: VGDEP!)-8  
    Dim Linear2 ]kplb0`  
    for m=1 to 8 o2e h)rtB  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) rW%'M#! =  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 tSXjp  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" {}_Oo%IVGK  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 98%tws`  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" J>|:T  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ={i&F  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" bd 1J#V]  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True gmAKW4(  
    f+*2K^B  
    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。 'a{5}8+8  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    2|NyAtPb5  
    \=G Xe.}4d  
    设置仿真参数 MdoWqpC  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 (b 2^d  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: owY_cDzrH  
    TE simulation JK8@J9(#  
    Mesh Delta X: 0.015 MVL }[J  
    Mesh Delta Z: 0.015 3]]6z K^i  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps UCj#t!Mw  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 \utH*;J|x  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 Xie dgy  
            其它参数保持默认 rnBeL _8C  
    运行仿真 MLIQ 8=  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 ?QIQ,?.  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 Umwg iw  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 [c!vsh]^  
    v*]Xur6e}  
    远场分析衍射 QEHZ=Yg%3  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” +p}Xmn  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 >E,L"&_j  
    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  p|8Fl  
    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) ]:#$6D"  
    图4.远场计算对话框
    __n"DLW  
    J&Qy$itqg  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: d\Z4?@T<5  
    Wavelength: 0.63 3@ukkO)   
    Refractive index: 1.5+0i ~t3?er& R  
    Angle Initial: -90.0 3Co>3d_  
    Angle Final: 90.0 ]~M {@h!<  
    Number of Steps: 721 _,?HrL9  
    Distance: 100, 000*wavelength 0m!ZJHe  
    Intensity b2f2WY |z>  
    n$0)gKN7  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 U"kK]Stk<  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 43Uy<%yb>}  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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