[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： !M~p __  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 NEQcEUd?  
•光栅布局模拟和后处理分析 nbYkr*: "t  
布局layout U5mec167  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ~Z5?\a2Ld  
T6f{'.w  
uh`@qmu)  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 u!2.[CV  
n5_r 3{  
步骤： J
H!qGV1  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 o a,Ju  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 R<mLG $  
Wafer Dimensions： ]>@; 2%YvY  
Length (mm): 8.5 d"78w-S  
Width (mm): 3.0 h Ia{s)  
8eP2B281  
2D wafer properties: r @~T}<I  
Wafer refractive index: Air 6wzF6]@O  
3 点击 Profiles 与 Materials. O?@1</r^  
{Ny\9r  
在“Materials”中加入以下材料： !D%*s,t\'  
Name: N=1.5 ~c!zTe  
Refractive index (Re:): 1.5 bx
P>  
kP%W:4l0  
Name: N=3.14 Kq`Luf  
Refractive index (Re:): 3.14 7|6tH@4Ub  
uqZLlP#&#  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： *MkhRLw\,  
Name: ChannelPro_n=3.14 t Zj6=#  
2D profile definition, Material: n=3.14 |aN0|O2  
!mL,Ue3/  
Name: ChannelPro_n=1.5 eEJ8j_G  
2D profile definition, Material: n=1.5 u0$7k9mE  
[p@NzS/  
6．画出以下波导结构： S$]:3  
a. Linear waveguide 1 y{ 90A  
Label: linear1 'xb|5_D  
Start Horizontal offset: 0.0 lf|e8kU\f  
Start vertical offset: -0.75 ,?B.+4CW\E  
End Horizontal offset: 8.5 lGPC)Hu{`  
End vertical offset: -0.75 U=XaI%ZM)  
Channel Thickness Tapering: Use Default #`a-b<uz  
Width: 1.5 Hi|2z5=V  
Depth: 0.0 u7j-uVG  
Profile: ChannelPro_n=1.5 z$G?J+?J  
5HG 7M&_  
b. Linear waveguide 2 qx{.`AaZW  
Label: linear2 T-&CAD3 ,O  
Start Horizontal offset: 0.5 0P/A  
Start vertical offset: 0.05 B\|>i~u(  
End Horizontal offset: 1.0 |[K7oa~#  
End vertical offset: 0.05 `P/*x[?  
Channel Thickness Tapering: Use Default QY+#Vp<`  
Width: 0.1 g8XGZW!  
Depth: 0.0 }U'5j/EFZ  
Profile: ChannelPro_n=3.14 -f9M*7O<gf  
O%o#CBf0  
7.加入水平平面波： (%#d._j>fZ  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: -|[_j$g  
Input field Transverse: Rectangular Z55,S=i  
X Position: 0.5 Z(K[oUJx  
Direction: Negative Direction @hzQk~Gdi  
Label: InputPlane1 Ynz^M{9)K  
2D Transverse: CI{]o&Tf  
Center Position: 4.5 bw
Vv#Z\r  
Half width: 5.0 sQJM 4'8f  
Titlitng Angle: 45 ZX'{o9+w5  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 #-'}r}1ZT  
MP}H 5  
sxThz7#i)  
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。 .yTk/x?  
将Linear2代码段修改如下: Od&M^;BQ  
Dim Linear2 mApn(&  
for m=1 to 8 2zFdKs,  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ]nX.zE|F  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 R8'yQ#FVy  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" k 5"
3*  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 3]N}k|lb%  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" h*MR5qa  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" (X>y)V  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" OM4s.BLY  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True {6%uNT>|  
yFpHRfF}  
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。 m/eGnv;!  
J~_p2TZJ\3  
|Y'$+[TE  
设置仿真参数 {t=Nnc15K  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 Z$ftG7;P0  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： M%B[>pONb7  
TE simulation *0c }`|  
Mesh Delta X: 0.015 I.8|kscM  
Mesh Delta Z: 0.015 "L8V!M_e  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Q|ik\  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Tby+Pd;  
Number of Anisotropic PML layers: 15 Ra{B8)Q  
        其它参数保持默认 0H>Fyl2_  
运行仿真 mKsj7  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 _O!D*=I  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 Q ,;x;QR4  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 N!h>fE`  
o[v`Am?v  
远场分析衍射波 y:42H tS  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” QIV<!SO  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 D~?kvyJ  
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:(Shd'4D  
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) 8m1zL[.8g  
M`>W'<  
|wLQ)y*  
5. 在远场对话框，设置以下参数： LqUvEq  
Wavelength: 0.63 }oN(nPxv9  
Refractive index: 1.5+0i J.nVEqLZ  
Angle Initial: -90.0 /GXO2zO  
Angle Final: 90.0 BphF+'CM  
Number of Steps: 721 =TP>Y"  
Distance: 100, 000*wavelength (Dl"s`UH~  
Intensity W@ Z=1y  
}cPV_^{  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 >bZ#  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 #KK(Z\;