[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： 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  
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$WBc\j  
End Horizontal offset: 8.5 +?qf`p.{  
End vertical offset: -0.75 84iJ[F
q{  
Channel Thickness Tapering: Use Default [X;>*-  
Width: 1.5 EKcC+g   
Depth: 0.0 ~_ *H)|  
Profile: ChannelPro_n=1.5 |if'_x1V  
jmkRP"ZnA  
b. Linear waveguide 2 3H1Pp*PH  
Label: linear2 y7CWBTH0>  
Start Horizontal offset: 0.5 8ou e-:/a  
Start vertical offset: 0.05 HDyQzCG,  
End Horizontal offset: 1.0 g93I+  
End vertical offset: 0.05 N g58/}zO  
Channel Thickness Tapering: Use Default 6dF$?I&  
Width: 0.1 |}Q( F+cL  
Depth: 0.0 m'd^?Qc
 
Profile: ChannelPro_n=3.14 g<f
P:/  
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  
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  
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%xDsTDP  
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 Evk
t_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;qP  
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*+,  
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 -;>#3O-  
ib]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'