[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： Dg*'n  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 yM('!iG*/  
•光栅布局模拟和后处理分析 >?[?W|k7V  
布局layout [*1:?mD$  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 v^aI+p6  
Zi{vEI]  
/sr.MT
 
用VB脚本定义一个2D光栅布局 %OOy90b2  
}kSP p  
步骤： 80K"u[  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 kgd dq  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 3hcWR'|  
Wafer Dimensions： {01^xn.  
Length (mm): 8.5 !m8T< LtMl  
Width (mm): 3.0 ;?C`Jagx  
ssAGWP  
2D wafer properties: (-xVW#39  
Wafer refractive index: Air d2fiPI7lg  
3 点击 Profiles 与 Materials. .|0$?w  
1BSn#Dnj  
在“Materials”中加入以下材料： 5Gm8U"UR  
Name: N=1.5 =^z*p9ZB  
Refractive index (Re:): 1.5 Tnas$=J  
mQ3gp&d3W  
Name: N=3.14 +xQj-r)-  
Refractive index (Re:): 3.14 G"ixw  
b^A7R{G7  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： n.Y45(@E  
Name: ChannelPro_n=3.14 h{ZK;(u$  
2D profile definition, Material: n=3.14 1n[wk'}qf4  
9Y?``QBN  
Name: ChannelPro_n=1.5 6=96^o*  
2D profile definition, Material: n=1.5
pm2
]  
&5*t*tI  
6．画出以下波导结构： >7z(?nQYT^  
a. Linear waveguide 1 q#K0EAgC  
Label: linear1 u qA!#E
 
Start Horizontal offset: 0.0 \H 5t-w=  
Start vertical offset: -0.75 !Wj`U$];  
End Horizontal offset: 8.5 /#j)GlNp:  
End vertical offset: -0.75 xl Q]"sm1  
Channel Thickness Tapering: Use Default L s+
zJ1  
Width: 1.5 r{f
$n  
Depth: 0.0 #)s +I2  
Profile: ChannelPro_n=1.5 :lu"14  
>^SQrB  
b. Linear waveguide 2 TN<"X :x9  
Label: linear2 sGE%zCB  
Start Horizontal offset: 0.5 OS1f}<  
Start vertical offset: 0.05 %S^:5#9  
End Horizontal offset: 1.0 nI] zRduC  
End vertical offset: 0.05 J!">L+Zcx  
Channel Thickness Tapering: Use Default nELY(z  
Width: 0.1 aSI%!Vg.  
Depth: 0.0 ilZQ/hOBH  
Profile: ChannelPro_n=3.14 '<'5BeU  
"whs
?^/  
7.加入水平平面波： :w)9
(5  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ED);2*qP}  
Input field Transverse: Rectangular zjSHa'9*  
X Position: 0.5 
&da:{  
Direction: Negative Direction Df$~=A}  
Label: InputPlane1 {XV'C@B  
2D Transverse: %'VzN3Q5V  
Center Position: 4.5 (EH}lh}%  
Half width: 5.0 3QF[@8EH{  
Titlitng Angle: 45 S+*>""=  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 -Ir>pY\!  
d^`;tD  
/FjdcH=  
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。 6$l?D^{  
将Linear2代码段修改如下: wO6>jW 7  
Dim Linear2 S,Q(,e^&  
for m=1 to 8 7Sh1QDYZ  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) X~/-,oV=A  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 $GHi9aj_P  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 8"p rWAN  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" /SyAjZ  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ~_IQ:]k  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Sggl*V/q  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" h")7kjM  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True qn'TIE.  
"<f?.l\+  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 (*,R21<%  
X":2o|R  
SLp nVD:'1  
设置仿真参数 s3'kzwX  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 JIqg[Mao  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： `?f<hIJoz  
TE simulation {,?Gj@$  
Mesh Delta X: 0.015 aOQT-C[ O  
Mesh Delta Z: 0.015 b *3h}n;  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Z,"YMUl'  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 -BWWaL  
Number of Anisotropic PML layers: 15 T_#8i^;D  
        其它参数保持默认 d(Hqj#`-31  
运行仿真 "-j96 KD  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 N vTp1kI]  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应  vNdW.V}  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 m=Mk@xfQ#  
A,(9|#%L  
远场分析衍射波 P*OT&q  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” }J2f$l>R  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 hh2&FI  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 7Jd&9&O U  
4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”，出现远场转换对话框。(图4) (f~}5O<  
p["pGsf  
_H-Fm$Q  
5. 在远场对话框，设置以下参数： [Z&<# -  
Wavelength: 0.63 cr?ZXu
_  
Refractive index: 1.5+0i 1^ go)(Mx  
Angle Initial: -90.0 4ElS_u^cP7  
Angle Final: 90.0 M(uJ'Ud/!  
Number of Steps: 721 B~J63Os/  
Distance: 100, 000*wavelength Qz_4Ms<o  
Intensity ;%cW[*Dw  
)@!T_#  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 <*P)"G  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 GiXs`Yt|