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:
2H?I'<NoC •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
6+Wr6'kuH •光栅布局
模拟和后处理分析
Y8J;+h9 布局layout
:7$\X[ 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
nE]~E xr 图1.二维光栅布局
iHE0N6%q $Yx6#m}[M 用VB脚本定义一个2D光栅布局
z*M}=`M$ {?EEIfg 步骤:
6(N.T+;] 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
r/CEYEJ&X 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 H
_Zo@y~J Wafer Dimensions:
9UeVvH Length (mm): 8.5
85r)>aCMn Width (mm): 3.0
zG-_!FIn U^M@um M 2D wafer properties:
h1^9tz{ Wafer refractive index: Air
5,HCeN 3 点击 Profiles 与 Materials.
%~#!NX N,j>;x3xT 在“Materials”中加入以下
材料:
#&^ZQs< Name: N=1.5
F=oHl@ Refractive index (Re:): 1.5
.k# N7[q= nB cp7e Name: N=3.14
a.
h?4+^bN Refractive index (Re:): 3.14
0Jm]f/iZ j~,h)C/v 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
QD$}-D[ Name: ChannelPro_n=3.14
Cz'xGW{ 2D profile definition, Material: n=3.14
<@u0.-] /]ku$.mr\ Name: ChannelPro_n=1.5
eaV3)uP 2D profile definition, Material: n=1.5
%B#hb<7} $.oOG"u0] 6.画出以下波导结构:
;Y
Dv.I a. Linear waveguide 1
]s*5[=uc2 Label: linear1
a`7%A H) Start Horizontal offset: 0.0
xK$}QZ) Start vertical offset: -0.75
u$WBc\j End Horizontal offset: 8.5
+?qf`p.{ End vertical offset: -0.75
84iJ[Fq{ Channel Thickness Tapering: Use Default
[X;>*- Width: 1.5
EKcC+g Depth: 0.0
~_ *H)| Profile: ChannelPro_n=1.5
|if'_x1V jmkRP"ZnA b. Linear waveguide 2
3H1Pp*PH Label: linear2
y7CWBTH0> Start Horizontal offset: 0.5
8ou e-:/a Start vertical offset: 0.05
HDyQzCG, End Horizontal offset: 1.0
g93I+ End vertical offset: 0.05
N g58/}zO Channel Thickness Tapering: Use Default
6dF$?I& Width: 0.1
|}Q( F+cL Depth: 0.0
m'd^?Qc Profile: ChannelPro_n=3.14
g<fP:/ R"NGJu9 7.加入水平平面波:
Y;8
>=0ye Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
&kb\,mQ Input field Transverse: Rectangular
Ymq3ty]Pe X Position: 0.5
\0D$Mie Direction: Negative Direction
TW>?h=.z Label: InputPlane1
(G#}* 2D Transverse:
>&BrCu[u Center Position: 4.5
H \ 3M Half width: 5.0
~NxEc8Y Titlitng Angle: 45
iu+3,]7Fm Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
!;i*\
a 图2.波导结构(未设置周期)
h9)RJSF4 sN-oEqS 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。
+Z > < 将Linear2代码段修改如下:
` "B^{o Dim Linear2
pL~=Z?(B for m=1 to 8
9GThyY Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
5lO^;.cS, Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
~]4kkm7Y Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
N*f^Z#B] Linear2.SetAttr "Depth", "0"
TaOOq}8c# Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
WJAYM2
6\ Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
3g;T?E Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
P 4QkY#v Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
+I&J7ICV0 L%f;J/ 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。
b7!UZu]IEv 图3.光栅布局通过VB脚本生成
m*gj|1k q8/ihA6: 设置仿真参数
$:e)$Xnn- 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
A';n6ne%i 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
H-Pq!9[DB TE simulation
^T{8uJ'kn Mesh Delta X: 0.015
b{BaQ>.(` Mesh Delta Z: 0.015
u%xDsTDP Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
gGmxx,i 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
iOll WkF Number of Anisotropic PML layers: 15
C%]."R cMC 其它参数保持默认
YwXXXh 运行仿真
Evkt_vvf • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
K@6`-|I • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
GQ<Ds{exs> • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
`dO}L ~5ubh2{ 远场分析
衍射波
dgslUg9z3g 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
2A>C+Y[7\ 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
7 W{~f?Sh 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
O~6Q;q P 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)
.EG*+, 图4.远场计算对话框
UW/N MjK T/5"}P` 5. 在远场对话框,设置以下参数:
)tD6=Iz^5 Wavelength: 0.63
U. (Tl>K|0 Refractive index: 1.5+0i
5DOE3T`^Oc Angle Initial: -90.0
0I
@$ 0Gg Angle Final: 90.0
"J!}3)n Number of Steps: 721
{`F1u?l Distance: 100, 000*wavelength
U*qNix Intensity
-;>#3O- ib]vX- 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
(z2Z)_6L*L 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
MRs,l' 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式