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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: $`ON!,oa  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 #T Z!#,q  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ST#PMb'izn  
    布局layout ,I("x2  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ws#hhW3qK  
    图1.二维光栅布局
    F=:F>6`  
    gq=0L:  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 9]"\"ka3>  
    )0'Y et}  
    步骤: b$IY2W<Ln  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 {|G&W^`  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 :m)c[q8  
    Wafer Dimensions: X5|?/aR}  
    Length (mm): 8.5 "pR $cS  
    Width (mm): 3.0 _CHKh*KHML  
    !d/`[9jY  
    2D wafer properties: KwY`<t1lA;  
    Wafer refractive index: Air 7&#'c8]/qh  
    3 点击 Profiles 与 Materials. o-~-F+mj#  
    *{HGLl|=  
    在“Materials”中加入以下材料 :/ ~):tM  
    Name: N=1.5 rD_Ss.\^g  
    Refractive index (Re:): 1.5 goG] WGVr  
    r7zf+a]  
    Name: N=3.14 9t,aT!f  
    Refractive index (Re:): 3.14 Vx0MG{vG1  
    F I80vV7  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: T]5U_AI@  
    Name: ChannelPro_n=3.14 E>o&GYc  
    2D profile definition, Material: n=3.14 t201ud2$  
    ,"4X&>_f  
    Name: ChannelPro_n=1.5 |j\eBCnH3  
    2D profile definition, Material: n=1.5 =f/avGX  
    1Al=v  
    6.画出以下波导结构: jJiCF,m  
    a. Linear waveguide 1 vbW\~xf  
    Label: linear1 :==UDVP  
    Start Horizontal offset: 0.0 fo/(()  
    Start vertical offset: -0.75 Lqy|DJ%  
    End Horizontal offset: 8.5 &Z#Vw.7U  
    End vertical offset: -0.75 $u/8Rp  
    Channel Thickness Tapering: Use Default uOy\{5s8  
    Width: 1.5 "Wzij&WkQ  
    Depth: 0.0 pP=_@ 3 D  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 U`},)$  
    C`=`Ce~|d  
    b. Linear waveguide 2 (cbB %  
    Label: linear2 O% j,:t'"  
    Start Horizontal offset: 0.5 ;tZ}i4Ud  
    Start vertical offset: 0.05 P7M0Ce~iW  
    End Horizontal offset: 1.0 7!]k#|u  
    End vertical offset: 0.05 &q kl*#]  
    Channel Thickness Tapering: Use Default dA3`b*nC  
    Width: 0.1 iX&Z  
    Depth: 0.0 Br?++\  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 ZVCv(J  
    5k!(#@a_T  
    7.加入水平平面波: kr &:;  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: @DjG? yLK$  
    Input field Transverse: Rectangular 7]0\[9DyJ  
    X Position: 0.5 5Lo==jHif  
    Direction: Negative Direction -0[>}!l=G  
    Label: InputPlane1 c;A ew!  
    2D Transverse: ]7Xs=>"Iw  
    Center Position: 4.5 U/~Zk@3j  
    Half width: 5.0 |G5=>W  
    Titlitng Angle: 45 c{r6a=C  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 {ILQ CvP*  
    图2.波导结构(未设置周期)
    Q'vIeG"o  
    }1E_G  
    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。 |$i1]Dr6  
    将Linear2代码段修改如下: \n('KVbf  
    Dim Linear2 ?N9adL &b  
    for m=1 to 8 $txWVjR?\  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) J0{WqA.P  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 $ET/0v"V  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 3n=cw2FG  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" ^!{ oAzy9  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" l"V8n BR`  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ?7uStqa  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" bC>yIjCTn  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True UBpM8/U  
    Z2Y583D  
    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。 <CdG[Ih  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    omDi<-  
    3]5&&=#  
    设置仿真参数 d%"@#bB  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 $T@xnZ  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: 7~k~S>sO  
    TE simulation tI6USN%  
    Mesh Delta X: 0.015 7Ohu$5\  
    Mesh Delta Z: 0.015 5<>R dLo  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 88X*:Kf?:  
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。  ;#Bh_f  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 0V>N#P]  
            其它参数保持默认 "#"Fp&Z7  
    运行仿真 =.3P)gY)  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 T[2f6[#[_  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 `qy6 qKl N  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 _S7M5{U_  
    M,dzf  
    远场分析衍射 \$0 x8B   
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” >@92K]J  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 DG%%]  
    3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场 T W;;OS[  
    4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4) \/e*quxx  
    图4.远场计算对话框
    g{f>j d  
    Hi 0df3t  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: ^_"q`71Dk  
    Wavelength: 0.63 `0i}}Zo  
    Refractive index: 1.5+0i >ehWjL`8  
    Angle Initial: -90.0 YnL?t-$Gg  
    Angle Final: 90.0 Bo\dt@0;  
    Number of Steps: 721 ,, -[P*@  
    Distance: 100, 000*wavelength M5bj |tQ4  
    Intensity "/]tFY%Y  
    d?+oT0pCH  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 R5~vmT5W  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 jnLo[Cf,H8  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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