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:
{Y3_I\H8{ •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
5XSxQG@k^z •光栅布局
模拟和后处理分析
,xtKPA 布局layout
:$SRG^7md 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
%nDPM? aO 图1.二维光栅布局
>gX0Ij#G F:*[ 用VB脚本定义一个2D光栅布局
RE`J"& D,}'E0 步骤:
}5o~R~H 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
j=xtnIq 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 3<zTkI Wafer Dimensions:
'f=) pc#&g Length (mm): 8.5
w-0O j Width (mm): 3.0
#lBpln9
:f?,]|]+- 2D wafer properties:
1K?
&
J2 Wafer refractive index: Air
`mq4WXO\ 3 点击 Profiles 与 Materials.
YA^wUx `5k6s, 在“Materials”中加入以下
材料:
%vf2||a$BS Name: N=1.5
h30QCk Refractive index (Re:): 1.5
4i[v
ew gCk y(4 Name: N=3.14
BDRYip[Sa Refractive index (Re:): 3.14
-CU7u=*b n3l"L|W^(< 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
+2;#9aa
I Name: ChannelPro_n=3.14
$+lz<~R 2D profile definition, Material: n=3.14
N#pl mPrZ b2}QoJ@` Name: ChannelPro_n=1.5
}l]3m=) 2D profile definition, Material: n=1.5
TzevC$m;z 6PzN>+t^y 6.画出以下波导结构:
:{wsd$Qlj a. Linear waveguide 1
@Q$/eL Label: linear1
9?g]qy,1) Start Horizontal offset: 0.0
"x:)$@ Start vertical offset: -0.75
@R'g@+{I End Horizontal offset: 8.5
9h3~;Q End vertical offset: -0.75
VeN&rjc Channel Thickness Tapering: Use Default
."!8B9s Width: 1.5
]df9'\ Depth: 0.0
{x&jh|f`g Profile: ChannelPro_n=1.5
!dbA ( {0)WS}& b. Linear waveguide 2
qa0JQ_?o] Label: linear2
R@7GCj Start Horizontal offset: 0.5
7uv/@(J"$ Start vertical offset: 0.05
0'\FrG End Horizontal offset: 1.0
_ntW}})K End vertical offset: 0.05
*xv/b= Channel Thickness Tapering: Use Default
9?}rpA`P Width: 0.1
*0&i'0> Depth: 0.0
#)PGQ)( Profile: ChannelPro_n=3.14
/SqFP
L] N}l]Ilm$34 7.加入水平平面波:
Ghq'k:K, Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
+3o)L?:g Input field Transverse: Rectangular
St3(1mApl X Position: 0.5
*(\;}JF- Direction: Negative Direction
.~A"Wyu\ Label: InputPlane1
*nsnX/e(- 2D Transverse:
2LxVt@_R!% Center Position: 4.5
tZNad Half width: 5.0
[#Nx>RY Titlitng Angle: 45
,$6MM6W;-F Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
*v:,rh 图2.波导结构(未设置周期)
?^yh5 jC/JiI 8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择
仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。
m|ERf 2- 将Linear2代码段修改如下:
/H;kYx Dim Linear2
@8<uAu% for m=1 to 8
e\
l,gQP Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
4na4Jsq{ Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
IjB*myN. Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
owpJ7S1~ Linear2.SetAttr "Depth", "0"
0m+5Zn Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
t~<-4N$( Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
p\]LEP\z, Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
&W!d}, ;
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
l>5]Wd{/ R 6yvpH 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。
[>J~M!yu:r 图3.光栅布局通过VB脚本生成
2`FsG/o\T~ ANpY qV 设置仿真参数
3Ibt'$dK 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
xwH|ryfs,Z 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
B> "r -O TE simulation
E-U;8cOMv Mesh Delta X: 0.015
dW^_tzfF7 Mesh Delta Z: 0.015
!DX/^b Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
c7nk~K[6 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
n"d) Number of Anisotropic PML layers: 15
D917[<$ 其它参数保持默认
SE}RP3dF! 运行仿真
f/[?5M[ • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
i8[Y{a* • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
k89gJ5B$ • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
p4t!T=o/ hzPB~obC 远场分析
衍射波
K<7T}XzU$ 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
WPp\sIP 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
I`$I0 3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场
iQ}sp64 4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4)
7@y!R
图4.远场计算对话框
b5 C}K uuK]<h* 5. 在远场对话框,设置以下参数:
zm3MOH^a Wavelength: 0.63
#2vG_B<M) Refractive index: 1.5+0i
GwpBDMk Angle Initial: -90.0
HxqV[|}0u Angle Final: 90.0
]S2[eS
Number of Steps: 721
eGypXf% Distance: 100, 000*wavelength
>RqT7n8h Intensity
2hA66ar{$ fJ"~XTN}T 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
NF\^'W@N 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
E~@HC 5.M 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式