[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： S.Ma$KL~'^  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 }gMDXy}  
•光栅布局模拟和后处理分析 7&"n`@(.!  
布局layout |t)}VM%
 
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 MR,R}B$  

)aao[_ZS  
!$Tw^$n  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 wTGbd  
+sx 8t  
步骤： "+ >SJ~  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 5qkH|*Z3  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 "/6:6`J  
Wafer Dimensions： D?,#aB"  
Length (mm): 8.5
;)I'WQ]Q  
Width (mm): 3.0 RUUk f({(  
|vMpXiMxxT  
2D wafer properties: ~+bGN  
Wafer refractive index: Air e9Pk"HHl  
3 点击 Profiles 与 Materials. 5"]~oPK  
8kOKwEX  
在“Materials”中加入以下材料： e)IpPTj#  
Name: N=1.5 ?@t d  
Refractive index (Re:): 1.5 0lsXCr_X  
}^*F59>H  
Name: N=3.14 ]I.n\2R]om  
Refractive index (Re:): 3.14 6ubL1K  
NU\ 5{N<  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： q@~L&{  
Name: ChannelPro_n=3.14 :BukUket1e  
2D profile definition, Material: n=3.14 (?kl$~&|  
Xy5s^82?  
Name: ChannelPro_n=1.5 Z,;cCxE  
2D profile definition, Material: n=1.5 Hiv!BV|  
5,;`$'?a%  
6．画出以下波导结构： /?6|&  
a. Linear waveguide 1  6vTo*8D  
Label: linear1 gx:;&4AD  
Start Horizontal offset: 0.0 ?Xo*1Z =  
Start vertical offset: -0.75 %|l8f>3[  
End Horizontal offset: 8.5 ow;R$5G  
End vertical offset: -0.75 h~,JdDV8l*  
Channel Thickness Tapering: Use Default g3sUl&K  
Width: 1.5 C4#rA.nF|  
Depth: 0.0 ;t>Z+O%  
Profile: ChannelPro_n=1.5 EIbXmkHl<  
Grz 3{U  
b. Linear waveguide 2 (9mMkU=  
Label: linear2 F;!2(sPS  
Start Horizontal offset: 0.5 asgF1?r  
Start vertical offset: 0.05 tPyyZ#,  
End Horizontal offset: 1.0 zT* .jv  
End vertical offset: 0.05 0l#)fJo  
Channel Thickness Tapering: Use Default =AEz9d ciS  
Width: 0.1 rf9_eP  
Depth: 0.0 h2;z4  
Profile: ChannelPro_n=3.14 &&<9p;E  
)g@S%Yu  
7.加入水平平面波： 5;TuVU.8Q  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: geefnb  
Input field Transverse: Rectangular i~{ _eQV  
X Position: 0.5 ?68uS;  
Direction: Negative Direction `wTlyS3[  
Label: InputPlane1 tue/4Q#7  
2D Transverse: W {.78Zi9K  
Center Position: 4.5 }98>5%Uv  
Half width: 5.0 VnJMmMM  
Titlitng Angle: 45 i"^<CR@e  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 D~
&Mwsi  
A~{f/%8D  
:H[\;Z1_  
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。 9f}X
Rz  
将Linear2代码段修改如下: }yEoEI`  
Dim Linear2 M_D6i%b^  
for m=1 to 8 8C.!V =@\  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) SHqyvF  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 +MO E  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" TQ1WVq }*  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" nyT[^n  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" Hwe)T
sh e  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" r<L#q)]  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" SLk2X;c]o  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True r7!J&8;{K  
^2M!*p&h  
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。 _8h8Wtif  
F}rPY:  
oBlzHBn>0  
设置仿真参数 '3kcD7  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 02]xJo  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： O'}llo  
TE simulation cc>  
Mesh Delta X: 0.015 ]s|lxqP  
Mesh Delta Z: 0.015 h<[+HsI  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ?Nl"sVCo  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 bEr.nF  
Number of Anisotropic PML layers: 15 iTNqWU-o  
        其它参数保持默认 LnMwx#^*  
运行仿真 i@<~"~>]7  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 udTxNl!  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 ! VRI_c  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 K
ar~I  
Plz-7fy33  
远场分析衍射波 C?QfF{!7  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” d0C8*ifFO  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 U=o Z.\  
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 x|apQ6  
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) +X!+'>  
U \Dca&=  
T~Yg5J  
5. 在远场对话框，设置以下参数： y-`I) w%  
Wavelength: 0.63 C"T,MH  
Refractive index: 1.5+0i rqvU8T7A  
Angle Initial: -90.0 .g-3e"@  
Angle Final: 90.0 cy:;)E>/  
Number of Steps: 721 owMuT^x?  
Distance: 100, 000*wavelength Rx. rj~  
Intensity I>m;G `  
KHJ=$5r)
 
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 ^~I @ spR4  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 1XnBK$`