[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： wn&5Ul9Elb  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 C)RJjaOr  
•光栅布局模拟和后处理分析 \Wn0,%x2  
布局layout pR,eus;8  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 4#fgUlV  
!8Mi+ZV  
p(8[n^~,i  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 kWKAtv5@w  
m35$4  
步骤： s6YnNJ,SK  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 |/M^q{h&7s  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 5ieF8F%  
Wafer Dimensions： ,QZNH?Cp/  
Length (mm): 8.5 AB0>|.  
Width (mm): 3.0 \Q~HL_fy|Y  
z7PmyU >  
2D wafer properties: 3yXSv1  
Wafer refractive index: Air DZ*m"Bi  
3 点击 Profiles 与 Materials. "/~KB~bB  
t91z<Y|  
在“Materials”中加入以下材料： tDQo1,(oY  
Name: N=1.5 zir?13N7  
Refractive index (Re:): 1.5 dSkx*#FEE  
: 6|nXL  
Name: N=3.14 UVlXDebl  
Refractive index (Re:): 3.14 S4!}7NOh  
vkK8D#K  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： -SeHz.`N  
Name: ChannelPro_n=3.14 7+c}D>/`:  
2D profile definition, Material: n=3.14 P6~&,a  
~ ~U,  
Name: ChannelPro_n=1.5 E8Y(C_:s  
2D profile definition, Material: n=1.5 6jpfo'uB$  
%'
3Y?d  
6．画出以下波导结构： }u&,;]  
a. Linear waveguide 1 '1NZSiv+C?  
Label: linear1 0\DlzIO  
Start Horizontal offset: 0.0 8HxtmFqG  
Start vertical offset: -0.75 ^a#  
End Horizontal offset: 8.5 <)4>"SN&^  
End vertical offset: -0.75 A` )A=L  
Channel Thickness Tapering: Use Default ;>jLRx<KC  
Width: 1.5 ll#_v^  
Depth: 0.0 )>+J`NFa  
Profile: ChannelPro_n=1.5 yE=tuHv(0  
{K ,-fbE  
b. Linear waveguide 2 o7^u@*"F  
Label: linear2 .'Rz tBv  
Start Horizontal offset: 0.5 ZD`p$:pT  
Start vertical offset: 0.05
t}m"rMbt  
End Horizontal offset: 1.0 YLkdT%  
End vertical offset: 0.05 !`qw"i  
Channel Thickness Tapering: Use Default K!A;C#b!  
Width: 0.1  &C&?kS(  
Depth: 0.0 E7AYK&  
Profile: ChannelPro_n=3.14 ~z&H
o  
hY}.
2  
7.加入水平平面波： 3+tr_psH  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: -l i71.M  
Input field Transverse: Rectangular ^^+vt8|  
X Position: 0.5 c8}jO=/5+  
Direction: Negative Direction *R8qnvE\()  
Label: InputPlane1 whb,2=gIE  
2D Transverse: E*]%@6tH  
Center Position: 4.5
FtmI\,  
Half width: 5.0 =qy{8MsjA  
Titlitng Angle: 45 -h1FrDBt  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Rf0F`D k  
c,FhI~>R  
vI1UFD 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。 LAcK%  
将Linear2代码段修改如下: g'nN#O  
Dim Linear2 z3|)WS^  
for m=1 to 8 3lo.YLP^  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) Zrm!,qs  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 03^?+[C  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ly)L%hG  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" b]XDfe  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Qu6Q)dZ<  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" S1G=hgF_L  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ~ s# !\Ye  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True "u.4@^+i  
g4=6\vg  
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。 ppXt8G3%x  
* u{CnH  
xjO((JC  
设置仿真参数 ," ~4l&  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 &XH{,fv$  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： mvrg!/0w  
TE simulation ]xf|xs  
Mesh Delta X: 0.015 WlfS|/\%V^  
Mesh Delta Z: 0.015 }
5{#f`Ca6  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps x"xtILrI  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 69K*]s  
Number of Anisotropic PML layers: 15 .>bvI1  
        其它参数保持默认 DX)T}V&mP  
运行仿真 WTZr{)e  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 xfqW~&  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 -4!i(^w[m/  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 e Zb8x  
Bp:i[9w  
远场分析衍射波 dab[x@#r>  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ^d[s*,i?  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 fsVQZ$h73  
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 {8as _  
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) '@Q aeFm  
8 ?+t+m[  
.-W_m7&}  
5. 在远场对话框，设置以下参数： l: X]$2;  
Wavelength: 0.63 %U$PcHOo  
Refractive index: 1.5+0i 2 - ?  
Angle Initial: -90.0 _O*"_^6  
Angle Final: 90.0 |=CV.Su  
Number of Steps: 721 )/1,Ogb%_  
Distance: 100, 000*wavelength A!
j4;=}  
Intensity 3kl\W[`?  
_8G  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 %`Q<_LTU  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 !`-/E']/