[技术]OptiFDTD应用：光栅衍射的远场分布 [复制链接]

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： "-G7eGQ  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 X2P8Zq=%a  
•光栅布局模拟和后处理分析 fN9uSnu  
布局layout ^.*zBrFx  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。  _BCq9/  
+]~}kvk:  
z$(`{ o%a  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 *w6F0>u  
wX!0KxR/Z  
步骤： e{^lD.E  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 ogV v 8Xb  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 VmXXj6l&  
Wafer Dimensions： SxkY ;^-U  
Length (mm): 8.5 Le,;)N
d  
Width (mm): 3.0 (tiE%nF+  

qmNG|U&  
2D wafer properties: v9#F\F/  
Wafer refractive index: Air
<" 0b8 Z  
3 点击 Profiles 与 Materials. tvUCd}  
\"Qa)1|  
在“Materials”中加入以下材料： f%q ?  
Name: N=1.5 { / ,?3  
Refractive index (Re:): 1.5 V%`\x\Xat  
3XncEdy_  
Name: N=3.14 wzY{ii  
Refractive index (Re:): 3.14 X3~@U7DU  
^5k~7F.  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： L_M(Lj  
Name: ChannelPro_n=3.14 :*t5?  
2D profile definition, Material: n=3.14 crgVedx~}  
V~$?]Z%_  
Name: ChannelPro_n=1.5
0])[\O`j  
2D profile definition, Material: n=1.5 AMK(-=  
Xs~IoU  
6．画出以下波导结构： c&PaJm  
a. Linear waveguide 1 xE*.,:,&  
Label: linear1 EbJc%%c  
Start Horizontal offset: 0.0 xgvwH?<  
Start vertical offset: -0.75 "cvhx/\1#  
End Horizontal offset: 8.5 ,y
}~rYsP%  
End vertical offset: -0.75 \86N
V="U  
Channel Thickness Tapering: Use Default  LYyud  
Width: 1.5 vLGnLpt  
Depth: 0.0 *
De'4r 2  
Profile: ChannelPro_n=1.5 `:O
je  
{9cjitl  
b. Linear waveguide 2 w=5<mw  
Label: linear2 P]2V~I/X  
Start Horizontal offset: 0.5 E=]|v+#~  
Start vertical offset: 0.05 )`mBvS.}  
End Horizontal offset: 1.0 Tz&h[+6`  
End vertical offset: 0.05 '*<I<? z;  
Channel Thickness Tapering: Use Default }-T,cA
_H|  
Width: 0.1 l]~IZTC  
Depth: 0.0 Ue!yK  
Profile: ChannelPro_n=3.14 3KtJT&RuL  
D J7U6{KLq  
7.加入水平平面波： fT YlIT9  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: bKEiS8x  
Input field Transverse: Rectangular gSe3S-Lt  
X Position: 0.5 ^zfs8]QSf  
Direction: Negative Direction ~_wSB[z  
Label: InputPlane1 7j
88^59  
2D Transverse: {+EnJ"  
Center Position: 4.5 ?}(B8^  
Half width: 5.0 RNt9Qdr4y  
Titlitng Angle: 45 3u< ntx ><  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 BKYyc6iE  
bGxHzzU}  
U.Y7]#P:  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 `^|l+TJG  
将Linear2代码段修改如下: 1*.*\4xo  
Dim Linear2 PZI6{KOis  
for m=1 to 8 ?P/73p  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) IsDwa qd|  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ZKM@U?PK  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" F3L+X5D.yu  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" t/l<X]o  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 7}`FXB  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" *;U<b  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" -lR7 @S  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Z*=$n_ G  
oN`khS]_v0  
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。 ;d FJqo82  
/QQjb4S}  
YPA$38  
设置仿真参数 #$F*.vQSs+  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 k$>5v +r0  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： ZZi|0dG4;  
TE simulation Qj
$w7*U  
Mesh Delta X: 0.015 L~RFI&b  
Mesh Delta Z: 0.015 #)3 B  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps k=&n>P  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 whm|"}x)u  
Number of Anisotropic PML layers: 15 fB]NEx|o~  
        其它参数保持默认 rinTB|
5  
运行仿真 Ejnk\8:  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 /rky  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 0& ?L%Y  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 #T@k(Bz{L  
+r&:c[  
远场分析衍射波 NK'@.=$  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ZB}A^X  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Nr).*]g@~  
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 ]wi0qc2{  
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) N(2M  w:}  
c _!!DEe7  
c2?VjuB0  
5. 在远场对话框，设置以下参数： be$']}cP  
Wavelength: 0.63 4YR{ *  
Refractive index: 1.5+0i >0uj\5h)I]  
Angle Initial: -90.0 X5)(,036  
Angle Final: 90.0
NEvNj  
Number of Steps: 721 `5rfO6;  
Distance: 100, 000*wavelength xLfv:Rp  
Intensity z;ku*IV  
,eWLig  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 DIJmISk  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 @th94tk,