[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： {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 :$SRG^7md  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 %nDPM? aO  
>gX0Ij#G  
F:*[  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 RE`J"&  
D,}'E0  
步骤： }5o~R~H  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 j=xtnIq  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 3<zTkI  
Wafer Dimensions： 'f=)pc#&g  
Length (mm): 8.5 w-0O j  
Width (mm): 3.0 #lBpln9  
:f?,]|]+-  
2D wafer properties: 1K? & J2  
Wafer refractive index: Air `mq
4WXO\  
3 点击 Profiles 与 Materials. YA^wUx  
`5k6s,  
在“Materials”中加入以下材料： %vf2||a$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:)$@  
Start vertical offset: -0.75 @R'g@+{I  
End Horizontal offset: 8.5 9h3~;Q  
End vertical offset: -0.75 VeN&rjc  
Channel Thickness Tapering: Use Default ."!8B9
s  
Width: 1.5 ]df9'\  
Depth: 0.0 {x&jh|f`g  
Profile: ChannelPro_n=1.5 !dbA (  
{0)WS}&  
b. Linear waveguide 2 qa0JQ_?o]  
Label: linear2 R@7GCj  
Start Horizontal offset: 0.5 7uv/@(J"$  
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 ,$6MM6W;-F  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 *v:,rh  
?^yh5  
 jC/JiI  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 m|ERf2-  
将Linear2代码段修改如下: /H;kYx  
Dim Linear2 @8<uAu%  
for m=1 to 8 e\ l,gQP  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 4na4Jsq{  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 IjB*myN.  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" owpJ7S1~  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 0m+5Zn  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" t~<-4N$(  
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  
2`FsG/o\T~  
ANpY qV  
设置仿真参数 3Ibt'$dK  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 xwH|ryfs,Z  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： B> "r-O  
TE simulation E-U;8cOMv  
Mesh Delta X: 0.015 dW^_tzfF7  
Mesh Delta Z: 0.015 !DX/^b  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps c7nk~K[6  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 n"d)  
Number of Anisotropic PML layers: 15 D917[<$  
        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`
$I0  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 iQ
}sp64  
4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”，出现远场转换对话框。(图4) 7@y!R   
b5 C}K  
uuK]<h*  
5. 在远场对话框，设置以下参数： zm3MOH^a  
Wavelength: 0.63 #2vG_B<M)  
Refractive index: 1.5+0i GwpBDMk  
Angle Initial: -90.0 HxqV[|}0u  
Angle Final: 90.0 ]S2[eS  
Number of Steps: 721 eGypXf%  
Distance: 100, 000*wavelength >RqT7n8h  
Intensity 2hA66ar{$  
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~@HC5.M