[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： \l"&A  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 h)1qp Qj  
•光栅布局模拟和后处理分析 fJ\sguZ  
布局layout K3uG2g(>2  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 "'8KV\/D  
&mj6rIz  
@~<j&FTT  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 <Llp\XcZ  
\T]EZ'+O  
步骤： 50TA:7  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 Y={&5Mir  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ,uw132<b  
Wafer Dimensions： o-xDh7v  
Length (mm): 8.5 9Suu-A  
Width (mm): 3.0 4Wy<?O2  
j*
e6vX  
2D wafer properties: MS(JR  
Wafer refractive index: Air ~^
u16z,  
3 点击 Profiles 与 Materials. [S.ZJUns  
9jN)I(^D6  
在“Materials”中加入以下材料： ,\ 2a=Fp  
Name: N=1.5 J$4wL F3  
Refractive index (Re:): 1.5 n .!Ym X4  
|9"p|6G?B  
Name: N=3.14 !3mA0-!+  
Refractive index (Re:): 3.14 5qg2Zc~  
B63pgPX  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： AC O)Dt(Y  
Name: ChannelPro_n=3.14 ml@2wGyf  
2D profile definition, Material: n=3.14 Wv__ wZ  
\;VhYvEH  
Name: ChannelPro_n=1.5 h2ZkCML  
2D profile definition, Material: n=1.5 @)kO=E d  
K.G$]H  
6．画出以下波导结构： 1Z[/KJ  
a. Linear waveguide 1  hjO*~  
Label: linear1 {k4CEt;  
Start Horizontal offset: 0.0 rC:?l(8ng3  
Start vertical offset: -0.75 s[8@*/ds  
End Horizontal offset: 8.5 2L AYDaS  
End vertical offset: -0.75 bX.ja;;   
Channel Thickness Tapering: Use Default *A}cL  
Width: 1.5 QKN<+,h!z>  
Depth: 0.0 o7B[R) 4  
Profile: ChannelPro_n=1.5 @ S
<-d  
?JV|dM  
b. Linear waveguide 2 Lokl2o`  
Label: linear2 Xh J,"=E+  
Start Horizontal offset: 0.5 KXV[OF&J  
Start vertical offset: 0.05 Ca%g_B0t  
End Horizontal offset: 1.0 K:'q>D@  
End vertical offset: 0.05 *. 3N=EO  
Channel Thickness Tapering: Use Default 0y<wvLv2C  
Width: 0.1 C^QtSha
 
Depth: 0.0 Q]rD}Ckv-  
Profile: ChannelPro_n=3.14 iK?b~Q  
Z/^
 u  
7.加入水平平面波： s>0Nr  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: e4~>G?rM_  
Input field Transverse: Rectangular }HE6aF62O  
X Position: 0.5 :'aAZegQY  
Direction: Negative Direction LZ@|9!KDw  
Label: InputPlane1 {0! ~C=P  
2D Transverse:
`mye}L2I  
Center Position: 4.5 Qu,8t8  
Half width: 5.0 `h}q Eo`  
Titlitng Angle: 45 \rykBxs  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 !v]b(z`Y  
FWH}j0Gj|  
^m
_yf|D$  
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。 lTU$0CG  
将Linear2代码段修改如下: =8gHS[  
Dim Linear2 i{D=l7j|w  
for m=1 to 8 c!8=lrT.  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) #YDr%>
j  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 *m%]zj0bo  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" TO2c"7td  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" ~2EHOO{  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" &C>/L;  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" )otb>w5  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" OT^%3:
zg  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True $D31Q[p=+  
fQLt=Lrp  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 y8VpF
a  
<o2r~E0r3  
kY]W
Qu  
设置仿真参数 iYnEwAoN;  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 KJE[+R H+z  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： ]pEV}@7  
TE simulation 3D9!M-  
Mesh Delta X: 0.015 RtG}h[k/X  
Mesh Delta Z: 0.015 q9"=mO0J+  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps K^r)CCO  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 M4ozTp<$O  
Number of Anisotropic PML layers: 15 :b[` 
v  
        其它参数保持默认 Wlh~)  
运行仿真 pf4 ^Bk}e  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 _= #zc4U  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 ::n;VY2&  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 t6c<kIQ:-O  
A?TBtAe  
远场分析衍射波 @H!$[m3  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” zo;^m|  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 C0=9K@FCb  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 5unG#szq  
4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”，出现远场转换对话框。(图4) e&eW|E  
`RMI(zI3g.  
I2(zxq&2M\  
5. 在远场对话框，设置以下参数： )'l*Tl  
Wavelength: 0.63 V8=Y@T,  
Refractive index: 1.5+0i -st7_3  
Angle Initial: -90.0 1B*WfP~  
Angle Final: 90.0 kF7(f|*  
Number of Steps: 721 Z -%(~  
Distance: 100, 000*wavelength bbxLBD'  
Intensity PiFD^w  
E^w:KC2@  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 tgL$"chj@x  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
dk8wIa"K`