[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： .9h)bf+  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 S~)w\(r  
•光栅布局模拟和后处理分析 PKf:O  
布局layout 40#9]=;}  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 |QMA@Mx  
dz%EM8  
6~8F!b2  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 cin2>3Z$  
CzVmNy)kl  
步骤： cp6WMHLj   
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 +E5=
$`  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 =X1?_~}  
Wafer Dimensions： xAhxD|4_  
Length (mm): 8.5 +e P.s_t  
Width (mm): 3.0 G[Tl
%w  
Qi9-z'
 
2D wafer properties: DlTR|
(AL  
Wafer refractive index: Air rzeLx Wt  
3 点击 Profiles 与 Materials. rmd;\)#*`  
gfy19c 9  
在“Materials”中加入以下材料： oyx^a9  
Name: N=1.5 27D!'S  
Refractive index (Re:): 1.5 OH6^GPF6  
,gx)w^WTm  
Name: N=3.14 PaO-J&<  
Refractive index (Re:): 3.14 \we\0@v  
3l4NC03I&  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： #X`8dnQZ  
Name: ChannelPro_n=3.14 #sB,1"  
2D profile definition, Material: n=3.14 #=,imsW)  
OqUr9?+  
Name: ChannelPro_n=1.5 g(hOg~S\E  
2D profile definition, Material: n=1.5 _P7tnXww  
@
-:]P8  
6．画出以下波导结构： d=3'?l`  
a. Linear waveguide 1 Bh]!WMAw.  
Label: linear1 A??@AP[7M  
Start Horizontal offset: 0.0 q%/uQT?  
Start vertical offset: -0.75 4Ysb5m
)u  
End Horizontal offset: 8.5 .Zmp,  
End vertical offset: -0.75 ,Zf 9RM  
Channel Thickness Tapering: Use Default ..W-76{  
Width: 1.5 aP-<4u
Gx  
Depth: 0.0 Sq2P-y!w  
Profile: ChannelPro_n=1.5 FjFMR 63  
)R2XU  
b. Linear waveguide 2 3Q By\1h.  
Label: linear2 ;_?MX/w|&  
Start Horizontal offset: 0.5 #{J,kcxS  
Start vertical offset: 0.05 qu|i;WZE  
End Horizontal offset: 1.0 DcD{*t?x  
End vertical offset: 0.05 1zxq^BI  
Channel Thickness Tapering: Use Default oG oK,  
Width: 0.1 '0RwO[A#1  
Depth: 0.0 B 0ee?VC  
Profile: ChannelPro_n=3.14 {QAv~S>4  
Iah[j,]r  
7.加入水平平面波： aA'TD:&p1  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 9~\kF5Q"  
Input field Transverse: Rectangular f3MRD4+-  
X Position: 0.5 s)J(/  
Direction: Negative Direction b1#dz]  
Label: InputPlane1 f9u^R=Ff[  
2D Transverse: U7@AC}.+  
Center Position: 4.5 H^%lDz  
Half width: 5.0 PmpNAVE'  
Titlitng Angle: 45 zYER  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 ?~e
3&ux  
u{<"NR h  
3VO2,PCZ  
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。 (!L5-8O  
将Linear2代码段修改如下: :mppv8bh  
Dim Linear2 Jju#iwb  
for m=1 to 8 (N-RIk73/O  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) pKUP2m`MW  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 9A'Y4Kg<C  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" g=L]S-e  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" SLL3v,P(7  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" -fI`3#  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ||7x;2e  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ;bzX%f?|G  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True v X~RP *  
<W8t|jt  
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。 ;*TIM%6#  
6fo3:P*O  
`
4?~nbz  
设置仿真参数 =ac_,]z  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 2&mGT&HAVA  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： /1=4"|q>h'  
TE simulation Q#I"_G&{  
Mesh Delta X: 0.015 IY'=DePd  
Mesh Delta Z: 0.015 3rW|kkn  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps \W5O&G-C  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 8`>h}Q$  
Number of Anisotropic PML layers: 15 }_/Hdmmx  
        其它参数保持默认 3981
ie  
运行仿真
7"F*u :  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 \uqjs+  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 ]B"'}%>ez  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 F_iXd/  
(/d5UIM{&  
远场分析衍射波 qU2~fNY  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” H={DB  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 r`y ezbG  
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 1d"Z>k:mn  
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) Ei}/iBG@  
G'2#9<c*  
>WJf=F`_H  
5. 在远场对话框，设置以下参数： <~ad:[  
Wavelength: 0.63 {^
mNJ  
Refractive index: 1.5+0i 5,qj7HZF  
Angle Initial: -90.0 #4MBoN(3  
Angle Final: 90.0 sIG7S"k>p  
Number of Steps: 721 0]KraLu"N  
Distance: 100, 000*wavelength Va,<3z%O<  
Intensity F^"_TV0va  
4 %PfrJ  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 h^,8rd  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ~vmdXR`'T