[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： 3`4g*wO  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 v/f&rK*>  
•光栅布局模拟和后处理分析 JpDc3^B*  
布局layout 8"+Re [  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ^ MkT">  
`zAo IQ  
`P9vZR;  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 Nko;I?Fn  
+0;n t  
步骤： Y[x9c0  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 + oyW_!(  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 NL))!Pi  
Wafer Dimensions： w5|az6wZB!  
Length (mm): 8.5 & v=2u,]T  
Width (mm): 3.0 5I5~GH  
?lCKZm.,(-  
2D wafer properties: `':$PUz,g  
Wafer refractive index: Air C\UD0r'p?  
3 点击 Profiles 与 Materials. 0Ph,E   
<1]#E@  
在“Materials”中加入以下材料： ^<xpp.eY  
Name: N=1.5 |SXMd'<3`Z  
Refractive index (Re:): 1.5 X""<5s'0  
^lB'7#7  
Name: N=3.14 o9~Z! &p  
Refractive index (Re:): 3.14 S|
Wv1H>
 
n@w$5y1@  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： ~q#UH'=%  
Name: ChannelPro_n=3.14 J\XYUs  
2D profile definition, Material: n=3.14 mY2Ubn*  
 Mi.xay%  
Name: ChannelPro_n=1.5 pm O}m>  
2D profile definition, Material: n=1.5 <T:u&Ic  
YVZm^@ZVV  
6．画出以下波导结构： GEy^*, d  
a. Linear waveguide 1 {PGNPxUbe  
Label: linear1 % w 6fB  
Start Horizontal offset: 0.0 dNG>:p  
Start vertical offset: -0.75 #)_4$<P*'  
End Horizontal offset: 8.5 IX;u+B  
End vertical offset: -0.75 Lm"l*j4  
Channel Thickness Tapering: Use Default WcAX/<Y>  
Width: 1.5 <oTIzj7f  
Depth: 0.0 w<N[K>  
Profile: ChannelPro_n=1.5 #Zk6   
Ra[{K@  
b. Linear waveguide 2 L~SM#?z:ue  
Label: linear2 fZH:&EP  
Start Horizontal offset: 0.5 gO4`e(W  
Start vertical offset: 0.05 (F~
i  
End Horizontal offset: 1.0 5YMjvhr?W  
End vertical offset: 0.05 '>_'gR0O  
Channel Thickness Tapering: Use Default 6~V$0Y>]  
Width: 0.1 ~c,HE] B  
Depth: 0.0 8a|p`)lT  
Profile: ChannelPro_n=3.14 bTE%
p0  
cD Z]r@AQ  
7.加入水平平面波： &(-+?*A`E  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: GUE3|  
Input field Transverse: Rectangular G%-[vk#]  
X Position: 0.5 >y"V%  
Direction: Negative Direction
j%Y`2Ra  
Label: InputPlane1 B.6gJ2c  
2D Transverse: $fV47;U'*  
Center Position: 4.5
*Ibl+  
Half width: 5.0 `omZ'n)  
Titlitng Angle: 45 DY'D]*'7$  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 BZ<Q.:)  
ZJ'#XZpr  
:84fd\It4  
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。 DG}t!  
将Linear2代码段修改如下: /=A^@&:_#  
Dim Linear2 [>Z~&cm  
for m=1 to 8 a,x-akZWf  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) u)y6$  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 i-~HT4iw  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" uj,YCJ8UZs  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" cU?A|'  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" yNi/JM  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" qd(C%Wk  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 1|l'oTAA  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True R}>xpU1  
XzgJ@  
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。 xCz(qR  
ob05:D_bc9  
<XiHQ B!  
设置仿真参数 R$k4}p  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 py VTA1  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： >VM@9Cph  
TE simulation /]=Ih  
Mesh Delta X: 0.015 kL\
FY  
Mesh Delta Z: 0.015 pZUckQ  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps zBtlkBPu  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 ?8X;F"Ba  
Number of Anisotropic PML layers: 15 +Kg
Le>-}  
        其它参数保持默认 pSvRyb.K  
运行仿真 A^nB!veh  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 3Cmbt_WV  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 / CEnyE/  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 F=!p7msRB  
'!^5GSP3&  
远场分析衍射波 P~`
gWGC}  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” | s%--W  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 S#_g/3w  
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 ad1I2  
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) m1H_kJ  
P|HxD0c^u  
?~c=Sa-  
5. 在远场对话框，设置以下参数： FOVghq@  
Wavelength: 0.63 8Yc'4v#}  
Refractive index: 1.5+0i y:u7*%"  
Angle Initial: -90.0 zrVw l\&  
Angle Final: 90.0 6RV42r^pf  
Number of Steps: 721 yIy'"BCxM  
Distance: 100, 000*wavelength :@#9P,"  
Intensity 9"hH2jc  
Q46^i7=  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 CAg~K[  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 Ey96XJV