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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: =fLL|  
    •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 AMlV%U#  
    •光栅布局模拟和后处理分析 ~&G4)AM  
    布局layout G"s0GpvQ  
    我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 `_AM` >_  
    图1.二维光栅布局
    e29y7:)c=  
    wvc>0?t'  
    用VB脚本定义一个2D光栅布局 i S p  
    Fxd{ Zk`  
    步骤: i s"vekC  
    1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 6XUuGxQV/  
    2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 S)\8|ym6!  
    Wafer Dimensions: \3Jq_9Xv  
    Length (mm): 8.5 WO</Q6+  
    Width (mm): 3.0 - V) R<  
    [$\>~nj=  
    2D wafer properties: ksI>IW  
    Wafer refractive index: Air &~~s6   
    3 点击 Profiles 与 Materials. !e8i/!}^S  
    x !{   
    在“Materials”中加入以下材料 )^;DGzG  
    Name: N=1.5 vE\lp8j+  
    Refractive index (Re:): 1.5 [B/0-(?  
    -WR}m6yMr  
    Name: N=3.14 hY8#b)l~lu  
    Refractive index (Re:): 3.14 1 p\Ak  
    ,+L KJl  
    4.在“Profile”中定义以下轮廓: h8}8Lp(/'  
    Name: ChannelPro_n=3.14 &sOM>^SAD  
    2D profile definition, Material: n=3.14 ey1Z/|  
    Z!\@%`0$  
    Name: ChannelPro_n=1.5 : }?{@#Z  
    2D profile definition, Material: n=1.5 l8wF0|  
    w=J4zkWk  
    6.画出以下波导结构: M []OHw  
    a. Linear waveguide 1 tHI*,  
    Label: linear1 D s-`  
    Start Horizontal offset: 0.0 J/Q|uRpmqr  
    Start vertical offset: -0.75 {yq8<?  
    End Horizontal offset: 8.5 f'{>AKi=C  
    End vertical offset: -0.75 jxY-u+B  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Fj=NiZ=  
    Width: 1.5 * BOBH;s  
    Depth: 0.0 h5onRa *7  
    Profile: ChannelPro_n=1.5 km>o7V&4G  
    ~77 5soN  
    b. Linear waveguide 2 0n5UKtB  
    Label: linear2 - V=arm\#z  
    Start Horizontal offset: 0.5 c^S&F9/U*  
    Start vertical offset: 0.05 ]h@{6N'oNS  
    End Horizontal offset: 1.0 Dd/}Ya(Gi  
    End vertical offset: 0.05 !<Z{@7oH  
    Channel Thickness Tapering: Use Default Zoow*`b|$U  
    Width: 0.1 9~Xg#{  
    Depth: 0.0 T T"3^@  
    Profile: ChannelPro_n=3.14 G[6=u|(M  
    F0;1zw  
    7.加入水平平面波: Kym:J \}9B  
    Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ;BTJ%F.  
    Input field Transverse: Rectangular 6FjVmje  
    X Position: 0.5 ,OB&nN t>  
    Direction: Negative Direction G%OpO.Wf  
    Label: InputPlane1 /=M.-MU2  
    2D Transverse: 4A~)b"j5  
    Center Position: 4.5 \Da~p9 T&  
    Half width: 5.0 ^<9)"9)m_  
    Titlitng Angle: 45 `@$YlFOW  
    Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Mf7E72{D  
    图2.波导结构(未设置周期)
    n4*'B*  
    c~oe, 9  
    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。 P%!q1`Eke(  
    将Linear2代码段修改如下: CjZ6NAHc  
    Dim Linear2 '%Dg{ zL  
    for m=1 to 8 WguV{#=H  
    Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) {G.{a d  
    Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 J~2 CD*v  
    Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" APuu_!ez1  
    Linear2.SetAttr "Depth", "0" 6SAQDE  
    Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"  * D3  
    Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" riEqW}{  
    Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" q_5 8Lw  
    Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True gT7I9 (x!W  
    6cZ  C  
    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。 bVOO)  
    图3.光栅布局通过VB脚本生成
    zf")|9j  
    +}]wLM}\UF  
    设置仿真参数 tQnJS2V"{u  
    1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 Q2R>lzB  
    2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: V,'FlU  
    TE simulation B)d@RAk  
    Mesh Delta X: 0.015 [r~~=b7*[  
    Mesh Delta Z: 0.015 )XZ,bz*jn  
    Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Ug `   
    设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 | &\^n2`>  
    Number of Anisotropic PML layers: 15 ,,2_/u\"/i  
            其它参数保持默认 7x:F!0:  
    运行仿真 F13%)G(  
    • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 >hesxC!  
    • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 @%7/2k  
    • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 2X +7b M  
    EkV!hqs*  
    远场分析衍射 ,DQ >&_DK  
    1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” B C&^]M  
    2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 E<P*QZ-C3  
    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 PE +qYCpP9  
    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) a\|X^%2g  
    图4.远场计算对话框
    J2x$uO{Bn  
    CTh1;U20  
    5. 在远场对话框,设置以下参数: n/:Z{  
    Wavelength: 0.63 }8X:?S %  
    Refractive index: 1.5+0i uof0Oc.  
    Angle Initial: -90.0 JCBnFrP  
    Angle Final: 90.0 9Z}S]-u/  
    Number of Steps: 721 r]Z.`}Kkm  
    Distance: 100, 000*wavelength sd7Y6?_C  
    Intensity !FO:^P  
    1W4H-/Re  
    6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 sV;qpDXX  
    7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 !vi4* @:  
    图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
     
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