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:
_f2rz+ •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
V^tD@N •光栅布局
模拟和后处理分析
}],l m 布局layout
U{dK8~ 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
e,#w*| 图1.二维光栅布局
hAUP#y@:H: KPy)%i 用VB脚本定义一个2D光栅布局
#rW-jW=A ~I N g9| 步骤:
$|Ol?s 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
W2h*t"5W 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 d>#',C#; Wafer Dimensions:
7}qxWz Length (mm): 8.5
>7@,,~3 Width (mm): 3.0
:o`
<CO Ib{#dhV 2D wafer properties:
3KqRw (BK Wafer refractive index: Air
IJ+} 3 点击 Profiles 与 Materials.
7_3 6xpw i'CK/l.H 在“Materials”中加入以下
材料:
]UIN4E Name: N=1.5
>4bw4
Z1 Refractive index (Re:): 1.5
B!<B7Q 6t!=k6`1 Name: N=3.14
v@G&";| Refractive index (Re:): 3.14
M&=SvM.f WyV,(~y 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
msw'n Name: ChannelPro_n=3.14
;R&W#Q7>3 2D profile definition, Material: n=3.14
:icpPv uN?Lz1W\; Name: ChannelPro_n=1.5
Xqe Qj}2kA 2D profile definition, Material: n=1.5
S7j(4@ i+QVs_jW 6.画出以下波导结构:
(eb65F@ P a. Linear waveguide 1
&!;o[joG Label: linear1
CUdpT$ $x3 Start Horizontal offset: 0.0
8MW-JZ Start vertical offset: -0.75
~Ih`
ayVq End Horizontal offset: 8.5
~ecN4Oo4q; End vertical offset: -0.75
@fA|y Channel Thickness Tapering: Use Default
8S#&XS>o Width: 1.5
oGZuYpa9 Depth: 0.0
x| D|d} Profile: ChannelPro_n=1.5
2OI 0B\ o
S{hv:)> b. Linear waveguide 2
w&#[g9G% Label: linear2
BGVnL}0 Start Horizontal offset: 0.5
#N`MzmwS Start vertical offset: 0.05
5mVO9Qj End Horizontal offset: 1.0
j+fF$6po#t End vertical offset: 0.05
r25VcY Channel Thickness Tapering: Use Default
lO9Ixhf~iu Width: 0.1
%d-WQwJ Depth: 0.0
N? S;v&q+ Profile: ChannelPro_n=3.14
vx6lud0k} a{^2c! 7.加入水平平面波:
&RuTq6)r Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
hX,RuI Input field Transverse: Rectangular
IuFr:3( X Position: 0.5
RI<smt.Ng Direction: Negative Direction
_8SB+s* Label: InputPlane1
Qa2p34Z/ 2D Transverse:
B(FM~TVZ Center Position: 4.5
|gk4X%o6 Half width: 5.0
Y$,++wx Titlitng Angle: 45
d/+s-g p Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
`o9:6X?RA 图2.波导结构(未设置周期)
P1L+Vnfu FwKY;^`!d 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。
ZLVgK@l 将Linear2代码段修改如下:
1H%p|'FKA Dim Linear2
S+Ia2O)BA for m=1 to 8
'8R5Tl Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
o3GZcH? Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
usK P9[T$ Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
/EHO(d!< Linear2.SetAttr "Depth", "0"
st.{AEv@ Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
9 M?UPE Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
~[aV\r? Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
x~m$(LT Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
eC 2~&:$L Gys-Im6>~@ 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。
7[L%j;)bw 图3.光栅布局通过VB脚本生成
f;+.j/ + )_Hv9!U]e 设置仿真参数
U![$7k>,pr 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
247vU1 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
gs.+|4dv TE simulation
?|`n&HrP Mesh Delta X: 0.015
;K4=fHl Mesh Delta Z: 0.015
AU}|o0Ur Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
7^@ 1cA=S 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
2t0VbAO1{ Number of Anisotropic PML layers: 15
T1?9E{bC8A 其它参数保持默认
8"LM:0x 运行仿真
.4w"3> • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
BTOl`U • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
b9wC:NgQx • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
_TJkYz$ uHZjpMoM 远场分析
衍射波
"-5FUKI- 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
<Vh5`-J 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
SEu:31k{o 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
C=K{;. 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)
)-iUUak 图4.远场计算对话框
S,'ekWVD " :[;}f; 5. 在远场对话框,设置以下参数:
1j}e2H Wavelength: 0.63
F7=\*U Refractive index: 1.5+0i
E+ XR[p Angle Initial: -90.0
<)J@7@!P Angle Final: 90.0
LF(S"Of Number of Steps: 721
+,T}x+D Distance: 100, 000*wavelength
|1<B(iB'{/ Intensity
$j!:ET'V VVuNU"- 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
#!m^EqF1_ 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
iHdX 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式