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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: p_hljgOV  
•使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 %y zFWDg  
•光栅布局模拟和后处理分析 yK"OZ2Mv  
布局layout 5H_%inWM  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。  o^59kQT  
图1.二维光栅布局
-e_+x'uF  
B7Um G)C  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 [ e4)"A"  
5- Q`v/w;  
步骤: .ON+ ( #n  
1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 {b@rQCre7  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 c`UJI$Q/  
Wafer Dimensions: + ~ro*{3  
Length (mm): 8.5 f[)_=T+  
Width (mm): 3.0 rQNT  
|=.z0{A7H  
2D wafer properties: <@C Bc:j0  
Wafer refractive index: Air e=t?mDh#E  
3 点击 Profiles 与 Materials. 5 Vm |/  
Vy = fm  
在“Materials”中加入以下材料: [P*3ld,,G%  
Name: N=1.5  U4#[>*  
Refractive index (Re:): 1.5 HF-Msu6  
QjfQoT F  
Name: N=3.14 b~ ?TDm7  
Refractive index (Re:): 3.14 %g(h%V9f  
(sw1HR  
4.在“Profile”中定义以下轮廓: "m]"%MU7 8  
Name: ChannelPro_n=3.14 t" 1'B!4  
2D profile definition, Material: n=3.14 @]f"X>  
]?F05!$*  
Name: ChannelPro_n=1.5 "r0z( j  
2D profile definition, Material: n=1.5 )>,b>7  
qR<  
6.画出以下波导结构: iL1.R+  
a. Linear waveguide 1 {+[~;ISL  
Label: linear1 =$5[uI2  
Start Horizontal offset: 0.0 ww"ihUX  
Start vertical offset: -0.75 Ms ?V1  
End Horizontal offset: 8.5 X|L8s$>  
End vertical offset: -0.75 =y7]9SOq  
Channel Thickness Tapering: Use Default U'LO;s04m  
Width: 1.5 3m4?l ~  
Depth: 0.0 S>7Zq5*  
Profile: ChannelPro_n=1.5 @1P1n8mH]  
vII&v+C  
b. Linear waveguide 2 #;juZ*I  
Label: linear2 1G|Q~%cv  
Start Horizontal offset: 0.5 W0$G 7 s  
Start vertical offset: 0.05 .Gl&K|/{j  
End Horizontal offset: 1.0 |aN0|O2  
End vertical offset: 0.05 !mL,Ue3/  
Channel Thickness Tapering: Use Default C5Q|3d  
Width: 0.1 <Q=ES,M  
Depth: 0.0 .]ZM2  
Profile: ChannelPro_n=3.14 &RXd1>|c2  
ZP?k|sEH  
7.加入水平平面波: 9G_=)8sOV  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 1L'[DKb'  
Input field Transverse: Rectangular NpD}7t<EF  
X Position: 0.5 ?OKm~ Ek  
Direction: Negative Direction {R8Q`2R  
Label: InputPlane1 X5wS6v)#(  
2D Transverse: uGl0z79  
Center Position: 4.5  -/  
Half width: 5.0 QAi(uL5   
Titlitng Angle: 45 /db?ltb  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 D4'? V Iz  
图2.波导结构(未设置周期)
8<P$E!  
CpS' 2@6  
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。 ~B(]0:  
将Linear2代码段修改如下: =&"Vf!7YR7  
Dim Linear2 ^yK94U;<Gy  
for m=1 to 8 Dr`\  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) =(v!pEF  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 V-=$:J"J'\  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" -xXNzC   
Linear2.SetAttr "Depth", "0" n{BC m %  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" (53dl(L?  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" /F;*[JZIb  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ?xQ lX%&`6  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True JIb<>X,  
F:pXdU-xf  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。 S$+ v?Y`)  
图3.光栅布局通过VB脚本生成
*`}_e)(k  
cYR6+PKua  
设置仿真参数 ";s5It  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 qoZ*sV  
2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: +1d\ZZA|6&  
TE simulation <Dm6CH  
Mesh Delta X: 0.015 {'DP/]nK  
Mesh Delta Z: 0.015 NYP3uGH]  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps X8Sk  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 4 >&%-BhN  
Number of Anisotropic PML layers: 15 lR.a3.~  
        其它参数保持默认 Z$zUy|s[  
运行仿真 1r~lh#_8  
• 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 1xguG7  
• 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 )sV# b  
• 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 _D,8`na>K  
hsqUiB tc6  
远场分析衍射波 nrt0[E-&~  
1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” rG\m]C3E  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 K,IOD t  
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 /#:RYM'Tu  
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) s=%HTfw  
图4.远场计算对话框
l*v([@A\  
k5/nAaiVE  
5. 在远场对话框,设置以下参数: g~B@=R  
Wavelength: 0.63 'oT}jI  
Refractive index: 1.5+0i _23sIUN c3  
Angle Initial: -90.0 0'py7  
Angle Final: 90.0 awkVjyqX  
Number of Steps: 721 V)@MM2,  
Distance: 100, 000*wavelength (VOKa  
Intensity mSj[t   
l4/TJ%`MG  
6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 nZ bg  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ZH0f32K  
图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
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