[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： -F`GZ  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 `9[n5-t  
•光栅布局模拟和后处理分析 >YWK"~|i~  
布局layout K<5yjG8&  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 .W~XX  
`dV2\^*A  
ANBuX6q  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 )u{]rb[  
W[Q<# Ju  
步骤： \MRd4vufv  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 PVlCj  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 oX:&;KA  
Wafer Dimensions： V{oFig 6  
Length (mm): 8.5 e16H@  
Width (mm): 3.0 "Tser*i )  
/+%aSPQ  
2D wafer properties: tkk8b6%h?p  
Wafer refractive index: Air sS ?A<D  
3 点击 Profiles 与 Materials. q
1u$Sm  
V~KWy@7  
在“Materials”中加入以下材料： su=MMr>  
Name: N=1.5 Yh1nXkA!V  
Refractive index (Re:): 1.5 {f`Y\_r$@  
9Jh&C5\\  
Name: N=3.14 P!f0&W  
Refractive index (Re:): 3.14 Za!KM  
%!A:Ka!m.  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： td%J.&K_*'  
Name: ChannelPro_n=3.14 MnFrQC  
2D profile definition, Material: n=3.14 cKkH*0B5  
%/e'6g<  
Name: ChannelPro_n=1.5 5`fUR/|[  
2D profile definition, Material: n=1.5 h?/E/>  
Q?1.GuF  
6．画出以下波导结构： kJuG haO  
a. Linear waveguide 1 }(u:K}8  
Label: linear1 r-$xLe7a  
Start Horizontal offset: 0.0 )C?H m^#  
Start vertical offset: -0.75 #KoI8U"  
End Horizontal offset: 8.5 8*/;W&7y  
End vertical offset: -0.75 9F3,  
Channel Thickness Tapering: Use Default rucw{) _  
Width: 1.5 ',`Qx{tQ)  
Depth: 0.0 kBA.N
l7
 
Profile: ChannelPro_n=1.5 In?+  
[>
dDRsZ  
b. Linear waveguide 2 7P3/Ky@6  
Label: linear2 g`'!Vgd?M[  
Start Horizontal offset: 0.5 /_J{JGp9  
Start vertical offset: 0.05 Co
nik`  
End Horizontal offset: 1.0 zdPJ>PNU  
End vertical offset: 0.05 x#SE%j?  
Channel Thickness Tapering: Use Default Ng;?hTw  
Width: 0.1 hzqgsmT)
 
Depth: 0.0 N,XjZ26  
Profile: ChannelPro_n=3.14 VOr:G85*s  
8%;Wyqdf]  
7.加入水平平面波： }X8P5c!\  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (=u!E+
N  
Input field Transverse: Rectangular .u ikte  
X Position: 0.5 V Zbn@1  
Direction: Negative Direction nU{Qi;0  
Label: InputPlane1 >ryA:TO{  
2D Transverse: q M_c-^F  
Center Position: 4.5 1qAE)8ie  
Half width: 5.0 IfB .2e`  
Titlitng Angle: 45 %pxJ27Q  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ^C~_}/cZ  
TDk[,4  
mgH~G
Kf^  
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。 RTd,bi*  
将Linear2代码段修改如下: b7^q(}qE  
Dim Linear2 fCNQUK{Gs5  
for m=1 to 8 UZFs]z!,k  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) sM)1w-
  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 )P9]/y  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" :Wx7a1.Jz  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" Ms5qQ<0v_  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" I:DAn!N-A*  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" CzreX3i  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Q;>Yk_(S  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 4KxuSI^q  
b/oNQQM#Dk  
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。 NL|c5y<r  
Pw]+6  
-J6`  
设置仿真参数 a3M
I+  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 .?APDr"QQH  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： aJ=)5%$6kc  
TE simulation H1?C:R  
Mesh Delta X: 0.015 56kqG}mg&  
Mesh Delta Z: 0.015  Z
aaBg  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps _VgFuU$h  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 =pmG.>Si  
Number of Anisotropic PML layers: 15 !.#g  
        其它参数保持默认 U9PI#TX &O  
运行仿真 <f}:YDY'  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 }@ U}c6/  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 k t!@}QP  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 bYQ@!  
&m36h`tM  
远场分析衍射波 ktfxb<%  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 1jKj'7/K  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 OB=bRLd.IR  
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 CTg79 ITYk  
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) P}Mu|AEG  
=ePwGm1:c  
Q: -&
  
5. 在远场对话框，设置以下参数： lBG=jOS  
Wavelength: 0.63 .1^Kk3  
Refractive index: 1.5+0i o@ ^^;30  
Angle Initial: -90.0 `%Kj+^|DS  
Angle Final: 90.0 ZB$yEW]]~  
Number of Steps: 721 $SA @ "  
Distance: 100, 000*wavelength LdiNXyyzet  
Intensity T,/<'cl"  
YsCY~e&  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 &'PLOyWw  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ]YZ_kc^(V;