[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： QyD(@MFxb  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 @cu#rWiG  
•光栅布局模拟和后处理分析  SGK 5  
布局layout @|EWif|  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 sMgRpem;  
PM`iqn)@  
Wg\MaZ6Di  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 8'#L+$O &N  
4n6t(/]b<  
步骤： ~'w]%rh!  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 y_LFkZ
 
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 qijQRxS  
Wafer Dimensions： #MUY!  
Length (mm): 8.5 7\[)5j  
Width (mm): 3.0 xv~Sk2Z+d  
=B0AG9Fz  
2D wafer properties: uP$C2glyz  
Wafer refractive index: Air K@tELYb  
3 点击 Profiles 与 Materials. *=X61`0  
REWW(.3o  
在“Materials”中加入以下材料： @ )Nw>/;o  
Name: N=1.5 X"g`hT"i  
Refractive index (Re:): 1.5 "P yG;N!W  
G.]'pn  
Name: N=3.14 Q!70D)O$  
Refractive index (Re:): 3.14 Q%x-BZb~  
</!GU*  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： %\T#Ik~3  
Name: ChannelPro_n=3.14 OM?FpRVU8  
2D profile definition, Material: n=3.14 ko~D;M:  
/<1zzeHRSD  
Name: ChannelPro_n=1.5 _o? I=UN2:  
2D profile definition, Material: n=1.5 epgAfx-_OH  
6'Q*SO;1gh  
6．画出以下波导结构： 8(g}/%1mt3  
a. Linear waveguide 1 +<bvh<]Od  
Label: linear1 a%r(
F  
Start Horizontal offset: 0.0 -f["1-A  
Start vertical offset: -0.75 kQD~v+u{`  
End Horizontal offset: 8.5 @*BVS'\  
End vertical offset: -0.75 Mh]4K"cs  
Channel Thickness Tapering: Use Default m=rMx]k  
Width: 1.5 OV|n
/~  
Depth: 0.0 `#4q7v~>oe  
Profile: ChannelPro_n=1.5 Rk#p zD  
i?861Hu  
b. Linear waveguide 2 m-]F]c=)w<  
Label: linear2 ~d-Q3n?
zR  
Start Horizontal offset: 0.5 9r>iP L2H  
Start vertical offset: 0.05 'LYN{  
End Horizontal offset: 1.0 7()5\ae@q'  
End vertical offset: 0.05 f`YHZ O  
Channel Thickness Tapering: Use Default |h& q  
Width: 0.1 Vg}+w Nt5  
Depth: 0.0 .EZ8yJj1Q  
Profile: ChannelPro_n=3.14 +/ ?oyC+Z  
)JY#8,{w  
7.加入水平平面波： e5(c,,/  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: eOahr
:Db  
Input field Transverse: Rectangular (_AU)  
X Position: 0.5 ET(/h/r  
Direction: Negative Direction [9yd29pQ]  
Label: InputPlane1 .E;}.X  
2D Transverse: zEh&@{u?  
Center Position: 4.5 )}u?ftu\  
Half width: 5.0 4kR;K!@k  
Titlitng Angle: 45 3gYtu-1  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 P|ftEF  

Y$_^f*sFn  
@6*eS+t\  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 G 2uM6  
将Linear2代码段修改如下: f|Nkk*9$  
Dim Linear2 ,6ae='=d  
for m=1 to 8 BwAmNW&i  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) iD/+#UTY  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 P!gY&>EU  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" h6?o)Q>N  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 3xgU=@!;  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" \F
)WUIK  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" bl{W{?QI  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" loUZD=Ph  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 1Se2@WR'  
iLNO}EUL  
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。 bI8')a  
BZIU@^Q_Y[  
V P(JV  
设置仿真参数 t"OP*  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 _Td#C1g3  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： AC!yc(^<  
TE simulation \eAV: qV  
Mesh Delta X: 0.015 h@J3+u<  
Mesh Delta Z: 0.015 n8JM 0 U-  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 9*XT|B  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 IFW7MF9V  
Number of Anisotropic PML layers: 15 k%iwt]i%  
        其它参数保持默认 ?xuWha@:  
运行仿真 h-
x~:$Z,  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 GC_c
.|'6[  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 Pa"Kk9!o36  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 CZ>Ujw=&k  
]W5p\(1g  
远场分析衍射波 c4zGQoeH:  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” uX%$3k  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 [zSt+K;  
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 /. H(&  
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) <U8w#dc  
 bDD29  
m -0EcA/  
5. 在远场对话框，设置以下参数： SiJ{  
Wavelength: 0.63 wk'&n^_br  
Refractive index: 1.5+0i U }I#;*F  
Angle Initial: -90.0 2B
5Ez,'#x  
Angle Final: 90.0 b1G6'~U-  
Number of Steps: 721 qnqS^K,':  
Distance: 100, 000*wavelength dp4vybJ  
Intensity \GKR(~f  
e [6F }."c  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 1=e(g#Ajn\  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 w
c\`2(