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infotek 2024-09-04 07:52

OptiFDTD应用:光栅衍射的远场分布

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: mr*JJF0Z  
•使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 O}-jCW;K  
•光栅布局模拟和后处理分析 WrQDX3  
布局layout HK,cJah q  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ?!A7rb/tj  
图1.二维光栅布局
z> Rsi  
e7Xeo+/  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 I*{4rDt  
oHd FMD@  
步骤: 8xMEe:}V  
1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 v$7QIl_/7  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 [^Os kJ4  
Wafer Dimensions: 7K,-01-:  
Length (mm): 8.5 :61Tun  
Width (mm): 3.0 ($au:'kU  
xjfV?B'Y}V  
2D wafer properties: DFZkh^PFd  
Wafer refractive index: Air {C=NUK%?  
3 点击 Profiles 与 Materials. @XLy7_}  
0^I|u t4  
在“Materials”中加入以下材料: q)X$^oE!6  
Name: N=1.5 >7lx=T x  
Refractive index (Re:): 1.5 @$S+Ne[<  
[#-b8Cu  
Name: N=3.14 dgR g>)V  
Refractive index (Re:): 3.14 +T|JK7  
z>58dA@f  
4.在“Profile”中定义以下轮廓: $?Yry. 2  
Name: ChannelPro_n=3.14 0 HGM4[)=  
2D profile definition, Material: n=3.14 Y-kt.X/Z-  
~ELNyI11  
Name: ChannelPro_n=1.5 HePUWL'  
2D profile definition, Material: n=1.5 fkuLj%R  
77C'*tt1]  
6.画出以下波导结构: e@Fo^#ImDx  
a. Linear waveguide 1 E27vR 7  
Label: linear1 zL$@`Eh-KP  
Start Horizontal offset: 0.0 /Y9>8XSc  
Start vertical offset: -0.75 B:5Rr}eY+  
End Horizontal offset: 8.5  aC$B2  
End vertical offset: -0.75 ?k]2*}bz  
Channel Thickness Tapering: Use Default /1"(cQ%?  
Width: 1.5 En~5"yW5>]  
Depth: 0.0 xf<at->  
Profile: ChannelPro_n=1.5 Bc+w+  
a|%J=k>>  
b. Linear waveguide 2 vI:;A/&  
Label: linear2 .z]Wyx&/U  
Start Horizontal offset: 0.5 Huy5-[)15  
Start vertical offset: 0.05 M2 ,YsHt  
End Horizontal offset: 1.0 }#L^!\V }  
End vertical offset: 0.05 /xsF90c\h  
Channel Thickness Tapering: Use Default +MR.>"  
Width: 0.1  .u*0[N  
Depth: 0.0 2/vMoVT,  
Profile: ChannelPro_n=3.14 FG6h,7+  
1pt%Kw*@j  
7.加入水平平面波: kDEPs$^  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: %SX|o-B~.o  
Input field Transverse: Rectangular .:@Ykdm4I  
X Position: 0.5 4lr(,nPRD  
Direction: Negative Direction l n{e1':$"  
Label: InputPlane1 < vL,*.zd  
2D Transverse: `P@T$bC  
Center Position: 4.5 9KDEM gCW  
Half width: 5.0 k9k XyX[  
Titlitng Angle: 45 "U e. @>  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 H<VTa? n  
图2.波导结构(未设置周期)
(zgW%{V@  
O~T@rX9f  
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。 BcL{se9<  
将Linear2代码段修改如下: UYk/v]ZA  
Dim Linear2 D ~stM  
for m=1 to 8 MLoYnR^  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) <vUbv   
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 RTE8Uq36  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" U7K,AflK?M  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 24E}<N,g  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" '?!zG{x  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 4,sJE2"[9  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" I%r{]-Obr-  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True w\(.3W7  
9{(.Il J>  
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。 mR&H9 NG  
图3.光栅布局通过VB脚本生成
z2MWN\?8  
<D:.(AUeO  
设置仿真参数 1M}5>V{  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 3?c3<`TW  
2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: IEXt:  
TE simulation Hw7;;HK 7  
Mesh Delta X: 0.015 q#T/  
Mesh Delta Z: 0.015 '_GrD>P)-  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps : ]sUpO  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 [Grxw[(_:  
Number of Anisotropic PML layers: 15 :K-~fA%kt?  
        其它参数保持默认 ] Bcp;D  
运行仿真 M!/Cknm  
• 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 N"" BCh"  
• 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ex::m&  
• 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 /DK"QV!]s  
=-8bsV/l  
远场分析衍射波 z`!XhU  
1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” A Y*e@nk\  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 7[> 6i  
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/cY=Wp  
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) luo   
图4.远场计算对话框
@ o3T  
S<VSn}vn  
5. 在远场对话框,设置以下参数: gu0j.XS^  
Wavelength: 0.63 ^su<uG<R  
Refractive index: 1.5+0i [Jogt#Fj ]  
Angle Initial: -90.0 5_- (<B  
Angle Final: 90.0 eO?p*"p"F  
Number of Steps: 721 U^Q:Y}^  
Distance: 100, 000*wavelength $}) g?Q  
Intensity !ePr5On  
 swK-/$#  
6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |$vX<. S  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 mS^tX i5hg  
图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
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