[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： oCr
n  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 u$"5SGI6  
•光栅布局模拟和后处理分析 x1~`Z}LX0  
布局layout :FSkXe2yy0  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 f2=s{0SX0  
jDoWSYu4tY  
BhjXNf9[  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 `3-j%H2R  
UgP5^3F2  
步骤： a srkuAS  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 |&JL6hN  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 tv2dyC&a  
Wafer Dimensions： cg~FW2Q  
Length (mm): 8.5 /dqKFxB1  
Width (mm): 3.0  P/Zo  
MouYZI)  
2D wafer properties: =h)H`  
Wafer refractive index: Air 0[];c$r<  
3 点击 Profiles 与 Materials. Du/s  
 4Zq5  
在“Materials”中加入以下材料： !m;VWGl*  
Name: N=1.5 Rl~Tw9  
Refractive index (Re:): 1.5 7~',q"4P/_  
H{BjxZ~)  
Name: N=3.14
b6lL8KOu  
Refractive index (Re:): 3.14 }Z6/b _kV  
^o 5q- ;a  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： !>tXib]:  
Name: ChannelPro_n=3.14 ,-b9:]{L  
2D profile definition, Material: n=3.14 Rg6>6.fk*  
38#(ruv  
Name: ChannelPro_n=1.5 dM') <lF  
2D profile definition, Material: n=1.5 2'_sGAH  
bchhokH
  
6．画出以下波导结构： qr@,92_  
a. Linear waveguide 1 Q
WoEo  
Label: linear1 i<bs{Cu_S  
Start Horizontal offset: 0.0 5v3B8 @CsA  
Start vertical offset: -0.75 |'.SOm9)*  
End Horizontal offset: 8.5 q\,H9/.0k  
End vertical offset: -0.75 E.}Zmr#H  
Channel Thickness Tapering: Use Default pUmB h  
Width: 1.5 ZoUfQ!2*  
Depth: 0.0 #GF1MFkoS  
Profile: ChannelPro_n=1.5 qg O)@B+  
@dXf_2Tv=  
b. Linear waveguide 2 W1
OGN4`C  
Label: linear2 @l?%]%v|  
Start Horizontal offset: 0.5 +k>v^sz  
Start vertical offset: 0.05 =4I361oMf  
End Horizontal offset: 1.0 \!PC:+uJ  
End vertical offset: 0.05 NOx| #  
Channel Thickness Tapering: Use Default {p-%\nOC  
Width: 0.1 Q>rQ/V  
Depth: 0.0 Fh"S[e  
Profile: ChannelPro_n=3.14 vfjIpg%i  
]X5*e'  
7.加入水平平面波： .D)}MyKnu  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: z TK  
Input field Transverse: Rectangular "7l}X{b  
X Position: 0.5 w+}dm^X  
Direction: Negative Direction YZk&'w  
Label: InputPlane1 YMWy5 \  
2D Transverse: l YhwV\3  
Center Position: 4.5 z}&<DYD  
Half width: 5.0 2vXMrh\  
Titlitng Angle: 45 N>~*Jp2;  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 NlDM
/  
iZ:-V8{  

M *}$$Fe|  
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。 i2*nYd`K  
将Linear2代码段修改如下: t.w?OyO  
Dim Linear2 yG_#>3sD+%  
for m=1 to 8 |QY+vO7fxj  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) $^l=#tV  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -P?} qy^j(  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" bw4b'9cK  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" JWBWa-  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" j]P|iL  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" nQ+{1 C  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" l9Vim9R5T  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True mZ5UaSG  
&Jn%2[;  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 52~k:"c  
ux }DWrR  
vQh'C.  
设置仿真参数 hImCy9i}  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 6y0C  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数：  2AluH8X/  
TE simulation =SdWU}xn2  
Mesh Delta X: 0.015 4$J/e?i  
Mesh Delta Z: 0.015 Q-0[l/A}
a  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps @s/ qOq?  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 b:
JOR@O  
Number of Anisotropic PML layers: 15 (tz! "K  
        其它参数保持默认 }[Y):Yy  
运行仿真 MhsG9q_%  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 ep^0Cd/  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 I2 Kb.`'!  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 *Dn{MD7,M  
AE$)RhY`  
远场分析衍射波 |EApKxaKD  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Ns $PS\  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 UOY1^wY  
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 D3Mce|t^  
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) ff0B*0  
07#!b~N  
~)Z`Q  
5. 在远场对话框，设置以下参数： ERZ[t\g)  
Wavelength: 0.63 ^"f  
Refractive index: 1.5+0i 1@ina`!1O  
Angle Initial: -90.0 zknD(%a  
Angle Final: 90.0 ^Nu} HcC+  
Number of Steps: 721 }dxdxnVt  
Distance: 100, 000*wavelength hi=U  
Intensity k9,"`dk@  
f6#H@ X  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 `=*svrmS  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 LiRY-;8=