[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： *.DC(2:
o!  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 9 r!zYZ`)  
•光栅布局模拟和后处理分析 JZ:@iI5>+  
布局layout <kak9 6A  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ;-+q*@sa]  
D|N4X`T`  
!+eH8  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 0cd_l 2f#g  
*MP.YI:h  
步骤： +$
h  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 l/&.HF  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 9a}9cMJ^"  
Wafer Dimensions： Smr{+m a  
Length (mm): 8.5 o*S_"  
Width (mm): 3.0 ghk=` !yKw  
IS2cU'  
2D wafer properties: ]~({;;3o-  
Wafer refractive index: Air ,NSf  
3 点击 Profiles 与 Materials. ZK5nN9`  
.%z
cm  
在“Materials”中加入以下材料： 3Q=^&o0fl  
Name: N=1.5 J ^'El^F  
Refractive index (Re:): 1.5 l<6u@,%s  
'nmA!s  
Name: N=3.14 @ZjT_  
Refractive index (Re:): 3.14 Dac)`/  
XKoY!Y\  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： 6':iW~iI  
Name: ChannelPro_n=3.14 a.Ho>(V/4  
2D profile definition, Material: n=3.14 r|Ui1f5  
'!
[oLy  
Name: ChannelPro_n=1.5 Hiyg1  
2D profile definition, Material: n=1.5 L:z0cvn"  
xa>| k>I  
6．画出以下波导结构： ;_o]$hV|  
a. Linear waveguide 1 |>.Q U3  
Label: linear1 yvAO"43  
Start Horizontal offset: 0.0 MdHm%Vx  
Start vertical offset: -0.75 SmRlZ!%e  
End Horizontal offset: 8.5 _yg_?GH  
End vertical offset: -0.75 t]/eCsR  
Channel Thickness Tapering: Use Default +P/kfY"  
Width: 1.5 iUx\3d,  
Depth: 0.0 ,eXtY}E  
Profile: ChannelPro_n=1.5 ]<;,HGO  
YH&=c
I@  
b. Linear waveguide 2 __=H"UhWv  
Label: linear2 k3~9;Z  
Start Horizontal offset: 0.5 2hh8G5IaQ  
Start vertical offset: 0.05 Y'v[2s  
End Horizontal offset: 1.0 z _!ut  
End vertical offset: 0.05 A
Rk(\,h  
Channel Thickness Tapering: Use Default i+_LKHQN  
Width: 0.1 Y G+|r  
Depth: 0.0 HA6tGZP*L  
Profile: ChannelPro_n=3.14 k6G
_c;V  
FFHq':v  
7.加入水平平面波： zLI0RI.Pe  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 9d(\/ 7  
Input field Transverse: Rectangular 9!FX*}dC  
X Position: 0.5 >Vuvbo  
Direction: Negative Direction m,l/=M  
Label: InputPlane1 9&6juL  
2D Transverse: jc^QWK*q  
Center Position: 4.5 1b,a3w
(:1  
Half width: 5.0 #6`5-5Ks;  
Titlitng Angle: 45 7_0p& 3  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 VF]AH}H8I  
f5jl$H.  
91-bz^=xO  
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。 aZfMeW  
将Linear2代码段修改如下: ?J}Q&p.  
Dim Linear2 7
)66e  
for m=1 to 8 / 3A6xPOg  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) v4$/LUJZp  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 R4?>C-;  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" kaG/8G(  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" NBikYxa  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" lqzt[zgN  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" lu8G$EQI  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" u9lZHh#V-  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True b 2gng}  
."Ms7=  
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。 iD^,
O)b  
nl@an!z  
RObnu*  
设置仿真参数 .@1+}0  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 \kADh?phV  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： TpjiKM  
TE simulation Z6!
Up1  
Mesh Delta X: 0.015 Z!p\=M,%  
Mesh Delta Z: 0.015 RLF&-[mr3  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps N&9o
1_}  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 k,h602(  
Number of Anisotropic PML layers: 15 v.0qE}' |  
        其它参数保持默认 o%d TcoCN  
运行仿真 @]\fO)\f  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 Fs+tcr/\[  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 1.hWgWDP  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 @gUp9ZwtH  
m</m9h8  
远场分析衍射波 V<ESjK8  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” b3(*/KgK  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 )"?4d[ 5  
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/_I2X  
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) xR7ZqTcw  
[W[{ 4 Xu  
KK|w30\f  
5. 在远场对话框，设置以下参数： spK8^sh  
Wavelength: 0.63 A5l Cc b  
Refractive index: 1.5+0i eJDZ|$  
Angle Initial: -90.0 KE?t?p  
Angle Final: 90.0 AFLtgoXn:  
Number of Steps: 721 r]B8\5|<d  
Distance: 100, 000*wavelength CH++3i2&  
Intensity JK,MK|  
5Xy(za  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 ,67Q!/O  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 _nGx[1G( 5