[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： ~}epq6L>  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 ZCj>MA  
•光栅布局模拟和后处理分析 o]dK^[/*  
布局layout $:qI&)/  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
@ysJt  
X*_ SHt  
hgF21Oj9  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 U&w*Sb"  
.%|OGl ?  
步骤： kt;}]O2%R  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 ~3LhcU-  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 >ly&+3S  
Wafer Dimensions： ]!n*V
/g  
Length (mm): 8.5 ~vO'p  
Width (mm): 3.0 Sn;/;^@(\  
Wh#os,U$  
2D wafer properties: 9|us<k  
Wafer refractive index: Air E|KLK4]  
3 点击 Profiles 与 Materials. cP/F|uG5  
x0}<n99qE  
在“Materials”中加入以下材料： N:m@D][/sW  
Name: N=1.5 s?4%<jz  
Refractive index (Re:): 1.5 ;}UIj{sj*  
=e"H1^Ml  
Name: N=3.14 %#[r_QQ^  
Refractive index (Re:): 3.14 B^E2UNRA  
{s9y@c*15.  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： "~.8eKRQ  
Name: ChannelPro_n=3.14 \c5#\1<  
2D profile definition, Material: n=3.14 ,Y

78Q  
'[7C~r{%  
Name: ChannelPro_n=1.5 %!N2!IiVs  
2D profile definition, Material: n=1.5 'lQ  
?yK%]1O  
6．画出以下波导结构： fRca"vV  
a. Linear waveguide 1 j TB<E=WC  
Label: linear1 "<g?x`iz  
Start Horizontal offset: 0.0 xCmI7$uQ#  
Start vertical offset: -0.75 vV$hGS(f~  
End Horizontal offset: 8.5 !W+p<F1i  
End vertical offset: -0.75 '<*CD_2t-  
Channel Thickness Tapering: Use Default -Z[R S{#+T  
Width: 1.5 iA1;k*)q  
Depth: 0.0 //`cwnjp  
Profile: ChannelPro_n=1.5 EU?&  
"(HA9:  
b. Linear waveguide 2 Q]2sj:  
Label: linear2 wfU&{7yt  
Start Horizontal offset: 0.5 2l\D~ y  
Start vertical offset: 0.05 YU ]G5\UU  
End Horizontal offset: 1.0 ,6%hu|Y
*  
End vertical offset: 0.05 o|p;6  
Channel Thickness Tapering: Use Default 7Y_fF1-wY  
Width: 0.1 JsWq._O{/  
Depth: 0.0 } Y7W1$he  
Profile: ChannelPro_n=3.14 o[
Wagg.%  
1OfSq1G>v$  
7.加入水平平面波： 6B!j(R  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Bp=oTCG  
Input field Transverse: Rectangular TCEXa?,L  
X Position: 0.5 /w}B07.  
Direction: Negative Direction 5pKvNLy.t  
Label: InputPlane1 {{4p{  
2D Transverse: .5#tB*H  
Center Position: 4.5 `lV  
Half width: 5.0 f2SU5e2  
Titlitng Angle: 45 +UpMMh q  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 c],frhmyd  
AD!<%h:  
w50Bq&/jX  
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。 &ttv4BC^r  
将Linear2代码段修改如下: nDoiG#N0  
Dim Linear2 95gsv\2  
for m=1 to 8 &Curvc1fm  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) zv
K5Zxl  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 t}c}@i_c  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" U_ ?elz\  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 3A}nNHpN  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" >b!X&JU  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" LGo@F;!n  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" GJ^]ER-K  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True sP3.s_U^  
y T1Qep  
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。 w?$u!X  
*
3etxnQc  
M~{P',l*  
设置仿真参数 M_e$l`"G  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 :(?hLH.W[  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： w;SH>Ax:  
TE simulation "<jEI /  
Mesh Delta X: 0.015
,;=( )-  
Mesh Delta Z: 0.015 8HRPJSO~g  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps e ka@?`  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 BtNW5'^  
Number of Anisotropic PML layers: 15 uZiY<(X  
        其它参数保持默认 F#}1{$)% /  
运行仿真 eEriv@v  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 %[\Ft  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 ~q_+;W.  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 @;n$caw  
|n6Q  
远场分析衍射波 kj3o1Y  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” }MavI'  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ^tKOxW# a  
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 /4B4IT  
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) MkNURy>
n&  
HT,kx
 
{EoyMJgz  
5. 在远场对话框，设置以下参数： ZAM+4#@  
Wavelength: 0.63 Zqs-I
8y  
Refractive index: 1.5+0i EAd:`X,Y  
Angle Initial: -90.0 X,Q=n2X?3  
Angle Final: 90.0 4wj|  
Number of Steps: 721 hte9l)  
Distance: 100, 000*wavelength 5 *pN<S  
Intensity 61rh\<bn  
!|:q@|- %@  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。
u g:G9vjQ  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 <sCq x/L