[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： u{["50~  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 _HhbIU  
•光栅布局模拟和后处理分析 ,^icPQSwc  
布局layout Ecs,$\  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 $['Bv  
+**!@uY  
BC'llD  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 OT&k.!=  
F:mq'<Q  
步骤： 1#1 riM -  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 ExRe:^yU\  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 k%^lF?_0I  
Wafer Dimensions： A=Ss6-Je  
Length (mm): 8.5 )& u5IA(  
Width (mm): 3.0 r1fGJv1!o  
S;]*)i,v  
2D wafer properties: 9(":,M(/o  
Wafer refractive index: Air }<'5 z qS  
3 点击 Profiles 与 Materials. [V:\\$  
LY-2sa#B$-  
在“Materials”中加入以下材料： ^wS5>lf7p  
Name: N=1.5 "--t e
 
Refractive index (Re:): 1.5 /> 4"~q)  
1!>Jpi0  
Name: N=3.14 sN5B7)Vc  
Refractive index (Re:): 3.14 "?mJqA  
H*9~yT'Q  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： qoAj] ")  
Name: ChannelPro_n=3.14 '}Ri`  
2D profile definition, Material: n=3.14
N<DGw?Rl  
&5:tn=E  
Name: ChannelPro_n=1.5 }CfqG?)  
2D profile definition, Material: n=1.5 Zkf0p9h\  
>$2V%};  
6．画出以下波导结构： V%Sy"IG  
a. Linear waveguide 1 P\_`  
Label: linear1 0 U
s5  
Start Horizontal offset: 0.0 0:b2(^]bg  
Start vertical offset: -0.75 *&f$K1p  
End Horizontal offset: 8.5 "9n3VX)  
End vertical offset: -0.75 @]ao"ui@/  
Channel Thickness Tapering: Use Default /q5:p`4{J  
Width: 1.5 o;?/HE%,[  
Depth: 0.0 'R_g">B.  
Profile: ChannelPro_n=1.5 ~}<DG1!  
ZI=v.wa  
b. Linear waveguide 2 T*KMksjxm`  
Label: linear2 @lvyDu6e  
Start Horizontal offset: 0.5 PiA0]>  
Start vertical offset: 0.05 jRL<JZ1N  
End Horizontal offset: 1.0 R+CM`4CD  
End vertical offset: 0.05 3$X'Y]5a  
Channel Thickness Tapering: Use Default -{ZWo:,r~q  
Width: 0.1 B7!3-1<k>  
Depth: 0.0 8(* [Fe9  
Profile: ChannelPro_n=3.14 9V5-
%Iv  
F+u|HiYG  
7.加入水平平面波：
xt*u4%  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 73){K?R  
Input field Transverse: Rectangular 71\xCSI1w&  
X Position: 0.5 `]W|8M  
Direction: Negative Direction f!JS= N?3  
Label: InputPlane1 +>PX&F  
2D Transverse: l'eyq}&  
Center Position: 4.5 [KxF'mz9  
Half width: 5.0
pxa(  
Titlitng Angle: 45 s;A@*Y;v  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 KRA/MQ^7~U  
,2W8=ON  
MNV% =G  
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。 Gn&4V}F  
将Linear2代码段修改如下: hodgDrmO/  
Dim Linear2 )+6MK(<"  
for m=1 to 8 {E8~Z8tT  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) GP#aya  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 '  <=+;q  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" /~<@
*-'  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" >qF CB\(  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" m|G'K[8  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" &Udb9  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Cid ;z  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True Z+=@<
i''  
UNBH   
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。 pJtex^{!:  
1 9CK+;b  
^cuc.g)c$?  
设置仿真参数 =z /dcC$r  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 &mx)~J^m  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： .*
)2SNH  
TE simulation 9_5ow  
Mesh Delta X: 0.015 ;-qO'V:;  
Mesh Delta Z: 0.015 aSnFKB  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps i,/0/?)*_  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 
B]l)++~  
Number of Anisotropic PML layers: 15 HKUn`ng  
        其它参数保持默认 sdo[D  
运行仿真 ;N?]eM}yf  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 $F5 b  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 :w^Ed%>y7  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 )z28=
%g  
m*kl  
远场分析衍射波 2V#>)R#k  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Zo~  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ?o|f':  
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 jJPGrkr  
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) OL^l 3F  
(O(}p~s
 
_y} T/I9  
5. 在远场对话框，设置以下参数： 2|*JSU.I  
Wavelength: 0.63 $cU!m(SILQ  
Refractive index: 1.5+0i dx@-/^.  
Angle Initial: -90.0 M]2]\km  
Angle Final: 90.0 8p:e##%  
Number of Steps: 721 )u`[6,d  
Distance: 100, 000*wavelength @X;!92i  
Intensity E;R n`oxk  
7\s"o&G  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 KJaXg;,H  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 4p,EBn9(