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:
ce3w0UeV •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
e) Q{yO •光栅布局
模拟和后处理分析
u~kfz*hz 布局layout
8WT^ES~C 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
Ur^~fW1o 图1.二维光栅布局
46U?aHKW@| j,@N0~D5 用VB脚本定义一个2D光栅布局
*=+m;%]_ R.KqTEs<k 步骤:
P<&-8QA 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
6g\SJO-;N 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 +C`h*%BW Wafer Dimensions:
6]`XW0{C Length (mm): 8.5
-Ucj|9+(a
Width (mm): 3.0
uK_ Q l\d e+Qq a4 2D wafer properties:
vAeh#V~# Wafer refractive index: Air
/`d|W$vN 3 点击 Profiles 与 Materials.
kVu8/*Q IP)?dnwG 在“Materials”中加入以下
材料:
2=?/$A9p Name: N=1.5
y]1:IJL2; Refractive index (Re:): 1.5
:z=C w QV4[ Name: N=3.14
GtYtB2U Refractive index (Re:): 3.14
Dm=d
}o>6 y>= 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
RL0#WBR Name: ChannelPro_n=3.14
m|tE3UBNv 2D profile definition, Material: n=3.14
D%PrwfR ] qT\z<} Name: ChannelPro_n=1.5
,k% \f]a 2D profile definition, Material: n=1.5
CYIp 3D'k irqNnnMGEa 6.画出以下波导结构:
j/I^\Ms a. Linear waveguide 1
;QMRm<CLV Label: linear1
k-o(Q"[ ' Start Horizontal offset: 0.0
S1_X@[t Start vertical offset: -0.75
#w2;n@7;X End Horizontal offset: 8.5
\>8r)xC End vertical offset: -0.75
fT7Z6$ Channel Thickness Tapering: Use Default
8H0d4~Wg Width: 1.5
^]iIvIp Depth: 0.0
iw`,\V& Profile: ChannelPro_n=1.5
-!X,MDO ZS\jbii8 b. Linear waveguide 2
f 7g?{M Label: linear2
Oa[G
# Start Horizontal offset: 0.5
(eTe`
Start vertical offset: 0.05
Gz>M Y4+G End Horizontal offset: 1.0
6\8
lx|w End vertical offset: 0.05
`RRC8 ]l Channel Thickness Tapering: Use Default
*rs@6BSj Width: 0.1
ROWb:tX} Depth: 0.0
w!~%v
#
Profile: ChannelPro_n=3.14
=(!&8U9 +
?z=,') 7.加入水平平面波:
(:JX;<- Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
w
Pk\dyP Input field Transverse: Rectangular
*pu ,| X Position: 0.5
NGA8JV/U Direction: Negative Direction
-\Y"MwIED Label: InputPlane1
Z/y&;N4 2D Transverse:
=Gka;,n Center Position: 4.5
_?9|0>]xG Half width: 5.0
2`D1cX Titlitng Angle: 45
dNQR<v\IL Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
M qy5>f) 图2.波导结构(未设置周期)
0?]Y^: 8M{-RlR 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。
\KBE+yj 将Linear2代码段修改如下:
^jY'Hj.Bs Dim Linear2
s-\.j-Sa for m=1 to 8
p};B*[ki Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
<!+T#)Qi Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
%Tc P[< Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
&rdz({ Linear2.SetAttr "Depth", "0"
5PaOa8=2f Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
@O&<_& Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
{8'f>YP Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
`v]|x,l+C Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
JG]67v{F PP2>v| 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。
o09)esy 图3.光栅布局通过VB脚本生成
sj"zgE) z.NJu
q 设置仿真参数
Bh'_@PHP 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
G5C=p:o{/ 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
#:^aE|s TE simulation
17-D\
+} Mesh Delta X: 0.015
aFCma2 Mesh Delta Z: 0.015
SN${cs% Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
*bi!iz5F 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
oWJ0>) Number of Anisotropic PML layers: 15
9n(.v} 其它参数保持默认
MF7q*f 运行仿真
$#b@b[h<w • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
XXx]~m • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
=/ b2e\ • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
X?2ub/Nr#Y |OgtAI9 远场分析
衍射波
,YEwz3$5u 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
5_|Sm= 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
-y@#
^SrJ 3. 将位置移动到等于92的网格点,(位置:-0.12)观察当前位置的近场
,*y\b|<j 4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”,出现远场转换对话框。(图4)
676r0` 图4.远场计算对话框
anM]khs? td}%reH 5. 在远场对话框,设置以下参数:
_LVi}mM Wavelength: 0.63
,Pq@{i# Refractive index: 1.5+0i
!>n^ ;u Angle Initial: -90.0
dX720/R Angle Final: 90.0
@X$~{Vp__ Number of Steps: 721
riy@n<Z4 Distance: 100, 000*wavelength
4#dS.UfI Intensity
'@jP$6T& /Dmuvb|A 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
l r16*2. 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
+2qCH^80 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式