[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： I1~g?jpH  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 Izu.I_$4  
•光栅布局模拟和后处理分析 w$4Lu"N:  
布局layout F{,O+\  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 fn
a>>  
'r%oOZk)z  
bB-v ar  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 ,0bM*qob  
^@2Vh*k  
步骤： p/~kw:I  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 cG:`Zj~4  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 v_0!uT5~NE  
Wafer Dimensions： ~@a R5Q>us  
Length (mm): 8.5 P}`1#$  
Width (mm): 3.0
* U4:K@y  
}o-P   
2D wafer properties: ,be?GAq  
Wafer refractive index: Air 3~ZVAg[c  
3 点击 Profiles 与 Materials. W)cLMGet  
_4$DnQ6&  
在“Materials”中加入以下材料： N
~jQ!y  
Name: N=1.5 c^IEj1@}'?  
Refractive index (Re:): 1.5 /p0LtUMu  
Rn_c9p  
Name: N=3.14 ,IE0+!I  
Refractive index (Re:): 3.14 9K<a}QJP  
w>_EM&r6~u  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： ':]a.yA\1  
Name: ChannelPro_n=3.14 1,'^BgI,  
2D profile definition, Material: n=3.14 qhtAtP>i"  
,r;d{  
Name: ChannelPro_n=1.5 9G+rxyWMW  
2D profile definition, Material: n=1.5 I;H9<o5  
a HL '(<  
6．画出以下波导结构： ZF(=^.gc  
a. Linear waveguide 1 gq3OCA!cX  
Label: linear1 ot#kU 8f  
Start Horizontal offset: 0.0 +Uq:sfj,  
Start vertical offset: -0.75 7,UFIHq  
End Horizontal offset: 8.5 4CT9-2UC  
End vertical offset: -0.75 Eo&qc 17)`  
Channel Thickness Tapering: Use Default @(fY4]
K  
Width: 1.5 $4JX#lkt  
Depth: 0.0 #`0z=w/)  
Profile: ChannelPro_n=1.5 }yDq\5s Q[  
C)p<
M H<  
b. Linear waveguide 2 .WyX/E$I^!  
Label: linear2 y
4rJ-  
Start Horizontal offset: 0.5 9?chCO(@  
Start vertical offset: 0.05 S@NhEc  
End Horizontal offset: 1.0 E=lfg8yb:  
End vertical offset: 0.05 |o=ST  
Channel Thickness Tapering: Use Default Yka&Kkw
 
Width: 0.1 [Vp2!"  
Depth: 0.0 bI6wE'h  
Profile: ChannelPro_n=3.14 e7qMt[.  
p+UHJ&  
7.加入水平平面波： #'J7Wy
 
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: l!V| T?  
Input field Transverse: Rectangular Z;SG<  
X Position: 0.5 B\>}X_\4  
Direction: Negative Direction L4*fF  
Label: InputPlane1 x~Ly$A2p  
2D Transverse: edk9Qd9  
Center Position: 4.5 aDvO(C  
Half width: 5.0 8!Mzr1:  
Titlitng Angle: 45 N<"6=z@w+  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 C|IQM4  
^1yTL5#:Vw  
m3Z}eC8LK  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 ';|>`<  
将Linear2代码段修改如下: pjs9b%.  
Dim Linear2 G^@Jgx3n  
for m=1 to 8 NF(IF.8G  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) -L3 |9k  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 m
YOdBd  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ~K$"PKs3  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" P9mxY*K)%5  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" V -4*nV  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" _.*4Y  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" /Q>{YsRRB  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True FoD/
Q  
 )P9{47  
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。 h*%0@  
\R>5F\ 0  
fy=C!N&/  
设置仿真参数 mImbS)V  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 IL2Gsj)M  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： -1r&s  
TE simulation 9_A0:S9Z  
Mesh Delta X: 0.015 vWi.[]  
Mesh Delta Z: 0.015 X)iWb(@k"7  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps +s(IQt  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 5
az 4NT  
Number of Anisotropic PML layers: 15 Re,$<9V  
        其它参数保持默认 ZR-s{2sl  
运行仿真 +V+*7s%fL  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 ZDkD%SCy  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 CNRU"I+jU  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 "kBqY+:Cn  
BXK::M+  
远场分析衍射波 )4L%zl7  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” fov=Yd!  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 kGuk -P  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 9<(K6Q  
4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”，出现远场转换对话框。(图4) h6T/0YhWLP  
ZOrTbik  
E4v_2Q -w  
5. 在远场对话框，设置以下参数： Y0u'@l_[F  
Wavelength: 0.63 'f?&EsIV?  
Refractive index: 1.5+0i ~Riu*<  
Angle Initial: -90.0 ADv"_bB:h  
Angle Final: 90.0 OBw`!G*w  
Number of Steps: 721 KIAe36.~  
Distance: 100, 000*wavelength D"x$^6`c}  
Intensity A{8K#@!  
#?$'nya*u  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 <`p75B  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 igj={==m