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:
AyUw •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
7Z9'Y?[m •光栅布局
模拟和后处理分析
B0 A`@9 布局layout
X<_HQ 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
L~/L<M s 图1.二维光栅布局
|L*=\%t8 {tYY
_BI< 用VB脚本定义一个2D光栅布局
%J'/ cmR& He8]Eb 步骤:
kE6/d, 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
erv94acq 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 +<$nZ=,hsy Wafer Dimensions:
K:9AP{+ Length (mm): 8.5
]Vj($O: Width (mm): 3.0
NsS;d^%I M_+W5Gz< 2D wafer properties:
N,B!D~@ Wafer refractive index: Air
34CcZEQQ 3 点击 Profiles 与 Materials.
a:GM|X #B <% 在“Materials”中加入以下
材料:
;t9!<L Name: N=1.5
t+d7{&B Refractive index (Re:): 1.5
Q%~BD@Io \^pc"?Rc Name: N=3.14
U<F|A!Fg Refractive index (Re:): 3.14
!\VEUF,K? oM>UIDCY_v 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
RIUJX{? Name: ChannelPro_n=3.14
u,:hT]
~+ 2D profile definition, Material: n=3.14
y5c\\e G*_]Lz(N Name: ChannelPro_n=1.5
=mX26l`B 2D profile definition, Material: n=1.5
R<I#.
KD O..{wdZy 6.画出以下波导结构:
`, ]ui* a. Linear waveguide 1
rS!@AgPLE Label: linear1
,K@[+ R! Start Horizontal offset: 0.0
K@:omT Start vertical offset: -0.75
|Wa.W0A End Horizontal offset: 8.5
YH+(N End vertical offset: -0.75
H}_R `S Channel Thickness Tapering: Use Default
K:XP;#OsP Width: 1.5
xR$T/] / Depth: 0.0
%=*|:v Profile: ChannelPro_n=1.5
8kcMgCO OqRRf b. Linear waveguide 2
wA7\K~fHV Label: linear2
+-),E. Start Horizontal offset: 0.5
&N= vs Start vertical offset: 0.05
B#IUSHC End Horizontal offset: 1.0
h|PC?@jp End vertical offset: 0.05
w2s06`g Channel Thickness Tapering: Use Default
a-S
tOO5s Width: 0.1
Vg,nNa3 Depth: 0.0
(x\VGo Profile: ChannelPro_n=3.14
i?b9zn XUVj<U 7.加入水平平面波:
KX;JX*)J Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
2[(~_VJ Input field Transverse: Rectangular
IUEpE9_ X Position: 0.5
1MO-60 Direction: Negative Direction
j
`!Ge Label: InputPlane1
7BINqVS& 2D Transverse:
co\Il]`R/ Center Position: 4.5
N.q*jY=X| Half width: 5.0
cK\
u Titlitng Angle: 45
i5Sya]FN Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
=NY55t. 图2.波导结构(未设置周期)
X=1o$:7 R{Zd ]HT 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。
,W[J@4. 将Linear2代码段修改如下:
)qMbk7:v\ Dim Linear2
{irc~||4 for m=1 to 8
} LC Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
n6t@ e^ Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
_[E+D0A Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
<)!,$]S Linear2.SetAttr "Depth", "0"
{K"hlu[ Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
))Z>$\<: Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
G{4s~Pco[Q Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
,YvOk|@R Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
"@hd\w{. Q~0>GOq* 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。
T\$i=,_$ 图3.光栅布局通过VB脚本生成
_4)z:?G5 %1jcY0zEQ 设置仿真参数
H
I_uR$m 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
=&pLlG 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
JrY*K|YdW TE simulation
rq!*unJ Mesh Delta X: 0.015
NZ i3U Mesh Delta Z: 0.015
j-R*!i Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
qF`6l( 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
<>{m+=gA Number of Anisotropic PML layers: 15
1d FuoX 其它参数保持默认
%aw.o*@: 运行仿真
4P1}XYD-2 • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
*@PM,tS; • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
AnX<\7bc} • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
YK6'/2! yj_> G 远场分析
衍射波
m#8[")a$" 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
*n EkbI/ 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
;9h;oB@ 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
DZC@^k \E 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)
<nqv)g"u0 图4.远场计算对话框
KfBT'6t (oX!D(OI 5. 在远场对话框,设置以下参数:
M:}u| Wavelength: 0.63
`q<W %'Tb$ Refractive index: 1.5+0i
aif;h!
?y Angle Initial: -90.0
qT(6T P Angle Final: 90.0
h,m 90Hd+ Number of Steps: 721
37jxl+ Distance: 100, 000*wavelength
hF0,{v Intensity
fM"*;LN!N 77)WNL/
x 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
n8F5z|/ 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
n:`f.jG | 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式