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:
"ta x? •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
q;U,s)Uz^ •光栅布局
模拟和后处理分析
:LTN!jj 布局layout
_|]x2xb) 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
&{RDM~ 图1.二维光栅布局
zJXplvaL;
oE~RySX 用VB脚本定义一个2D光栅布局
{t!!Uz 7 *kVV+H<X|b 步骤:
AEuG v}# 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
q =Il|Nb> 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 ]~%6JJN7 Wafer Dimensions:
^&)|sP Length (mm): 8.5
I|J/F}@p Width (mm): 3.0
OH"XrCX7n {U1m.30n 2D wafer properties:
w:l"\Tm Wafer refractive index: Air
s7EinI{^ 3 点击 Profiles 与 Materials.
TKjFp% @H<q"-J 在“Materials”中加入以下
材料:
3[&C g Name: N=1.5
<1pEwI~ Refractive index (Re:): 1.5
J=L5=G7( kR9-8I{J Name: N=3.14
q9NoI(]e Refractive index (Re:): 3.14
or]IZ2^n ? q&T$8zc4 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
3~\[7I/ Name: ChannelPro_n=3.14
Gc!x|V;T 2D profile definition, Material: n=3.14
8X0z~& 'n|5ZhXPB Name: ChannelPro_n=1.5
^t"'rD-I 2D profile definition, Material: n=1.5
uGt-l4 Sc
6.画出以下波导结构:
Tf)*4O4@' a. Linear waveguide 1
_
J[ Label: linear1
BZxvJQ Start Horizontal offset: 0.0
5-G@L?~Vw Start vertical offset: -0.75
pNIf=lA End Horizontal offset: 8.5
yEoV[K8k End vertical offset: -0.75
\;-|-8Q Channel Thickness Tapering: Use Default
:ivf/xn Width: 1.5
tl].r|yl Depth: 0.0
?s _5&j7 Profile: ChannelPro_n=1.5
\4#W xZ &=Wlaa/,& b. Linear waveguide 2
:yjFQ9^?& Label: linear2
>*n0n!vF Start Horizontal offset: 0.5
F>cv<l
=6l Start vertical offset: 0.05
N?>vd* End Horizontal offset: 1.0
/=, nGk> End vertical offset: 0.05
HKr
Mim- Channel Thickness Tapering: Use Default
s0_nLbWwO Width: 0.1
qv"$Bd:]r Depth: 0.0
f9\X>zzB2| Profile: ChannelPro_n=3.14
e]tDy0@ L:8q8i 7.加入水平平面波:
W];dD$Oqg Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
V!dtF,tH Input field Transverse: Rectangular
&I406Z f7y X Position: 0.5
X|8c>_} Direction: Negative Direction
##o#eZq:" Label: InputPlane1
F\KUZ[% 2D Transverse:
pD74+/DD Center Position: 4.5
]cN1c} Half width: 5.0
N"1B/u Titlitng Angle: 45
B+0hzkPY Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
3Hm/(C 图2.波导结构(未设置周期)
@fV9
S"TcM 6x|jPb 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。
EyLu O-5 将Linear2代码段修改如下:
l0hlM# Dim Linear2
PY0j9$i? for m=1 to 8
TuYCR>P[ Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
e*n@j Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
Qdp)cT Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
*|E[L^ Linear2.SetAttr "Depth", "0"
LraWcO\or' Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
I0RvnMw Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
-o.:P>/ Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
*~H Sy8s Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
*cnNuT 0P(!j_2m 点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。
Yir
[!{ 图3.光栅布局通过VB脚本生成
v 6Vcjm 4 N7^? 设置仿真参数
c{LO6dNg\z 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
s|B3~Q] 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
)tnh4WMh} TE simulation
~| 6[j<ziL Mesh Delta X: 0.015
lUiL\~Gq Mesh Delta Z: 0.015
L z1ME( Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
~F?u)~QZ# 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
O<;3M'y\ Number of Anisotropic PML layers: 15
|id
<=Xf 其它参数保持默认
.k
\@zQ|Ta 运行仿真
B !=F2 • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
-\n@%$M]G • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
M {Q;: • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
.q 3/_* <kd1Nrr!p 远场分析
衍射波
[=]4-q6UN 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
lo!+f"7ym\ 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
")HFYqP>9 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
E1U",CMU 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)
aCLq k' 图4.远场计算对话框
;l-!)0U G<^{&E+= 5. 在远场对话框,设置以下参数:
78H'ax9m Wavelength: 0.63
_OC<[A Refractive index: 1.5+0i
pQ<Y:-`c Angle Initial: -90.0
,T8 ~L#M~ Angle Final: 90.0
Km6YP!i Number of Steps: 721
^Zy%fv, Distance: 100, 000*wavelength
1\rz%E Intensity
r!a3\ep a,#j = 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
3fJc
9| 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
Z@@K[$ 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式