[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： &*"*b\  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 E"VFBKB  
•光栅布局模拟和后处理分析 n"RV!{&  
布局layout G3
:!]}
 
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 66F?exr  
XxMZU(5
  
E\DA3lq  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 l3p :}A  
=q]!"yU[d  
步骤： 9MfU{
4:;I  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 6 /YJA*  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 kd!?N  
Wafer Dimensions： 1D#-,#?  
Length (mm): 8.5 6Jq[]l"v  
Width (mm): 3.0 QPB,B>Z  
|?VJf3A  
2D wafer properties: p&RC#wYu  
Wafer refractive index: Air B%uY/Mwz$  
3 点击 Profiles 与 Materials. -O\i^?lD;
 
Kw`CN  
在“Materials”中加入以下材料： 'o}[9ZBjn  
Name: N=1.5
v =y 2  
Refractive index (Re:): 1.5 M\4`S&  
cg3}33Z;6  
Name: N=3.14 l[:Aq&[o3  
Refractive index (Re:): 3.14 $4xSI"+M%  
Bz_'>6w  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： t}_ #N'`  
Name: ChannelPro_n=3.14 v5'`iO0o  
2D profile definition, Material: n=3.14 seEo)m`d  
)%Fwfb  
Name: ChannelPro_n=1.5 _

xv3UzD  
2D profile definition, Material: n=1.5 \fTQNF  
)L:e0u  
6．画出以下波导结构： wxvi)|)  
a. Linear waveguide 1 j~{cT/5Y_  
Label: linear1 B ktRA  
Start Horizontal offset: 0.0 -&Xv,:'?  
Start vertical offset: -0.75 -%"PqA/1zj  
End Horizontal offset: 8.5 edo)W mn  
End vertical offset: -0.75 ?p@J7{a  
Channel Thickness Tapering: Use Default %a~/q0o>  
Width: 1.5 e9[72V  
Depth: 0.0 iWD|F-  
Profile: ChannelPro_n=1.5 u5A?; a  
=|P &G~]  
b. Linear waveguide 2 ;B=aK"\  
Label: linear2 DO80HS3ZD  
Start Horizontal offset: 0.5 zw+aZDcV(  
Start vertical offset: 0.05 =p'+kS+  
End Horizontal offset: 1.0 QKj0~ia 5  
End vertical offset: 0.05 \i_E}Ii0  
Channel Thickness Tapering: Use Default =lJ ?yuc  
Width: 0.1 ;Z{D@g+  
Depth: 0.0 p5#x7*xR6  
Profile: ChannelPro_n=3.14 p@G7}'|eyA  
x>[]Qk^?q  
7.加入水平平面波： Y/.C+wW2  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: y,nmPX?]n  
Input field Transverse: Rectangular 4uIYX  
X Position: 0.5 2; ^ME\  
Direction: Negative Direction h) Wp  
Label: InputPlane1 2DCQ5XewYe  
2D Transverse: .}!.4J%q2  
Center Position: 4.5 Gc|)4c  
Half width: 5.0 *z0d~j*W;  
Titlitng Angle: 45 gY~r{  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 uMg\s\Z  
{=[>N>"  
:ZrJL&  
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。 1.!U{>$  
将Linear2代码段修改如下: >-A@6Qe_  
Dim Linear2 |EE1S{!24m  
for m=1 to 8 U7s$';y"%  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 4qie&:4j  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 uatUo  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" SL4?E<J
b  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" Q6Gw!!Z5EA  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" iT-coI  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" HK!ecQ^+  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 92DM1~ *  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True p:4jY|q  
QadguV6|  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 OjUPvR2 0  
X 0y$xC|<  
/d3Jd.l!  
设置仿真参数 q\6(
_U#Tl  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 qE~_}4\Z9  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： hN-@_XSw<I  
TE simulation hk~/W}sI  
Mesh Delta X: 0.015 ,L/x\_28  
Mesh Delta Z: 0.015 @gI1:-chB  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps `$T$483/  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 vQEV,d1  
Number of Anisotropic PML layers: 15 7PY$=L48A  
        其它参数保持默认 J$3g3%t  
运行仿真 @[n#-!i  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 UPh#YV 0/,  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 K!-OUm5A  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 <gp?}Lk  
TLdlPBnr8  
远场分析衍射波 s\-,RQ1  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” po*G`b;v  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _VrY7Mz:r  
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 )j_El ]?  
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) W:d p(,L  
Q7s@,c!m_  
 js_`L#t  
5. 在远场对话框，设置以下参数： ix3LB!k<  
Wavelength: 0.63 MYAt4cHc2  
Refractive index: 1.5+0i WTvUz.Et  
Angle Initial: -90.0 Qz~uD'Rs/  
Angle Final: 90.0 <g[z jV9p  
Number of Steps: 721 XIW0Z C   
Distance: 100, 000*wavelength @UD:zUT)F  
Intensity |mb2<!ag{  
B 71/nt9  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 tEhg',2t(  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 d?2
V2`6