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:
hd}"%9p •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
h0fbc;l •光栅布局
模拟和后处理分析
%A<|@OSdOa 布局layout
0vRug|}k#% 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
F$Q@UVA 图1.二维光栅布局
\WeGO.i- l1qWl 用VB脚本定义一个2D光栅布局
M(2c{TT i`1QR@11 步骤:
j.@TPf* 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
wz P")}[0 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 A"@C }f Wafer Dimensions:
|H4/a;]~ Length (mm): 8.5
w<]Wg^dyQ Width (mm): 3.0
GUyc1{6 /#M|V6n 2D wafer properties:
wb
}W;C@ Wafer refractive index: Air
f`jRLo*L 3 点击 Profiles 与 Materials.
? h$>7| vO)nqtw 在“Materials”中加入以下
材料:
|h,aV(Q Name: N=1.5
J8"Cw<=O Refractive index (Re:): 1.5
J8x>vC /L1qdkG Name: N=3.14
^xGdRaU# Refractive index (Re:): 3.14
;Vad| - &OiJJl[9 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
'%>$\Lv Name: ChannelPro_n=3.14
B%L0g.D" 2D profile definition, Material: n=3.14
0FHX $e! i4pM Name: ChannelPro_n=1.5
\7}X^]UV x 2D profile definition, Material: n=1.5
shlL(&Py 8yH) 8:w 6.画出以下波导结构:
+x!V;H( a. Linear waveguide 1
SZCFdb Label: linear1
sYt8NsQ Start Horizontal offset: 0.0
b
"4W`
A Start vertical offset: -0.75
Vl!Z|}z End Horizontal offset: 8.5
uE>2*u\ End vertical offset: -0.75
RkN a;j)t Channel Thickness Tapering: Use Default
Aov=qLWJ Width: 1.5
h!f7/)|[o Depth: 0.0
j"E_nV:Qc Profile: ChannelPro_n=1.5
j0k"iv e/WR\B'1 b. Linear waveguide 2
zb}:wUR Label: linear2
*N$#cz
Start Horizontal offset: 0.5
N"b>]Ab] ; Start vertical offset: 0.05
)jp#|#h End Horizontal offset: 1.0
<3QE3;4 End vertical offset: 0.05
;b$(T5 Channel Thickness Tapering: Use Default
laqW
{sX^5 Width: 0.1
Od'!v & Depth: 0.0
itM6S$ Profile: ChannelPro_n=3.14
g[j"]~ aU2O5 z& 7.加入水平平面波:
Xb42R1 Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
-lyT8qZ:( Input field Transverse: Rectangular
38%]GQ X Position: 0.5
~l-Q0wg Direction: Negative Direction
fw_V'l#\ Label: InputPlane1
8@!/%"Kt2 2D Transverse:
jd=k[Yqr Center Position: 4.5
R{3f5**0 Half width: 5.0
|-I[{"6q$@ Titlitng Angle: 45
l?B\TA^ Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
o\8yYX 图2.波导结构(未设置周期)
bzmT.! AFl]w'= 8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择
仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。
]]+wDhxH 将Linear2代码段修改如下:
K!k,]90Ko Dim Linear2
r 9@W8](\ for m=1 to 8
}(dhXOf\q Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
`Y/DttjL Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
-.1x! ~.jX Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
(M6B$: Linear2.SetAttr "Depth", "0"
0W9,uC2:N Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
uA:|#mO Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
IyYC).wU} Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
'rU
[V+ Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
!tFs(![ +is;$1rq 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。
5FnWlFc 图3.光栅布局通过VB脚本生成
IR|AlIv JMw1qPJQ 设置仿真参数
6Ez}A|i 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
N9Yc\?_NU_ 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
A--Hg-N| TE simulation
Dq
Kk9s;6_ Mesh Delta X: 0.015
7f'9Dm` Mesh Delta Z: 0.015
(H<S&5[ Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
YrjF1hJ 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
y:D|U!o2V Number of Anisotropic PML layers: 15
myFjw@ 其它参数保持默认
>.SU=HG; 运行仿真
'i{kuTv • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
<n>Kc}c • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
h2!We# • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
@X"p"3V =g2;sM/ 远场分析
衍射波
qn6Y(@<[ 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
6YQ&+4 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
G{i}z^n 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
P6zy<w 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)
%:N6#;l M 图4.远场计算对话框
EMmNlj6 *n N;!*J 5. 在远场对话框,设置以下参数:
I7nt<l! Wavelength: 0.63
0Oc' .E9 Refractive index: 1.5+0i
pRD8/7@(B{ Angle Initial: -90.0
Z'>Xn^ Angle Final: 90.0
j\("d4n%C Number of Steps: 721
HjbC>* Distance: 100, 000*wavelength
=E8lpN' Intensity
OOGqtA; _+S`[:;a 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
9l@VxX68M 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
uR|Jn)/m( 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式