[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： WQ)vu&;  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 $pfN0/`(  
•光栅布局模拟和后处理分析 T5? eb"  
布局layout B'~CFj0W%=  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ?b3({P  
o 12w
p  
RinaGeim  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 Vc?=cQ'c  
2t1u{  
步骤： v>E3|w%  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 _l$X![@6=  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 ]}s'`44J9e  
Wafer Dimensions： e2vLUlL8  
Length (mm): 8.5  Mt   
Width (mm): 3.0 -efB8)A  
6}^6+@LG  
2D wafer properties: 0mYKzJi  
Wafer refractive index: Air {5J: ]{p  
3 点击 Profiles 与 Materials. rLJjK$_x  
P=PVOt@ b  
在“Materials”中加入以下材料： RAi]9`*7  
Name: N=1.5 boWaH}?0'  
Refractive index (Re:): 1.5 XpoEZ|0  

kbKGGn4u  
Name: N=3.14 Ub%1OQ  
Refractive index (Re:): 3.14 0\
}%~e  
O cJ(i#Q~<  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： L__J(6,V2  
Name: ChannelPro_n=3.14 *8#]3M]  
2D profile definition, Material: n=3.14 2kV{|`1  
K f}h{X  
Name: ChannelPro_n=1.5 /I
@Dv?  
2D profile definition, Material: n=1.5 cH{[\F"Eb  
X+;{&Efrl  
6．画出以下波导结构： ZDt|g^  
a. Linear waveguide 1 )]P%=  
Label: linear1 4Up\_  
Start Horizontal offset: 0.0 XR.Sm<A[  
Start vertical offset: -0.75 ,G%?}TfC)  
End Horizontal offset: 8.5 +?R!  
End vertical offset: -0.75 fd/?x^Z  
Channel Thickness Tapering: Use Default o%V%@q H  
Width: 1.5 z57|9$h}w  
Depth: 0.0 .Q$/\E  
Profile: ChannelPro_n=1.5 !K5D:x  
HVkq{W|w  
b. Linear waveguide 2 SC/V3fW,  
Label: linear2 r8Pdk/CW^  
Start Horizontal offset: 0.5 (Aw!K`0Y1  
Start vertical offset: 0.05 z3Ro*yJU  
End Horizontal offset: 1.0 #Y;tobB  
End vertical offset: 0.05 j%@wQVxq  
Channel Thickness Tapering: Use Default '>0rp\jC  
Width: 0.1 FNB4YZ6  
Depth: 0.0 X4dXO5\  
Profile: ChannelPro_n=3.14 ;JAb8dyS2  
A@qwD300Vo  
7.加入水平平面波： sV5S>*A[  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: cO^}A(Ma(
 
Input field Transverse: Rectangular HA W57N  
X Position: 0.5
W^Z#_{  
Direction: Negative Direction 7PG|e#  
Label: InputPlane1 <QZ X""  
2D Transverse: 'awZ-$#  
Center Position: 4.5 "5@k\?x"  
Half width: 5.0 fx`oe  
Titlitng Angle: 45 b am*&E%0K  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 \CDzVO0^  
4!^flKZQ  
/
O/pAu>  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 (TQhO$,  
将Linear2代码段修改如下: y4Fuh nb>  
Dim Linear2 ;0 No@G;z  
for m=1 to 8 ];VJ54  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) =V(|3?N  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 hm+,o_+  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" &ytnoj1L(  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" -|aNHZr  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" "- XJZ;5  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" QGI_aU  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" NP?hoqeKs  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True "FfIq;  
 Lkl+f~m  
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。 ;*=MI/"N  
<sNkyQ  
R;2q=%  
设置仿真参数 hfQx$cv6  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 >t Ll|O+  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： oGa8#>  
TE simulation ->29Tns  
Mesh Delta X: 0.015 ?!d\c(5Gt  
Mesh Delta Z: 0.015 rW<sQ0  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ,OilGTQ#  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 :SD^?.W\iT  
Number of Anisotropic PML layers: 15 e+ckn   
        其它参数保持默认 F^bzE5#  
运行仿真 U#{^29ik=o  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 @& vtY._  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 '4J];Nj0  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 U9ZWSDs  
d9>k5!  
远场分析衍射波 :2_8.+:  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” %e,X7W`'2  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 6}aH>(3!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 ~Vf+@_G8`  
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) P.Uz[_&l6  
E"{2R>mU~  
:6}y gL*i  
5. 在远场对话框，设置以下参数： `3KXWN`.s  
Wavelength: 0.63 L dyTB@  
Refractive index: 1.5+0i ~=xS\@UY =  
Angle Initial: -90.0 !f^'-  
Angle Final: 90.0 ` e~nn  
Number of Steps: 721 +>,4d  
Distance: 100, 000*wavelength M*x1{g C/  
Intensity  {Hp*BE   
Q\ AM] U  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 {vL4:K  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 }VUrn2@-4