[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： \'[tfSB  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 <2%9O;bV[  
•光栅布局模拟和后处理分析 iR./
9}Ze  
布局layout FXn98UFY  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 _yR_u+
5  
8@(?E[&O>  
#Y3-P  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 8!!h6dQgI  
f=Pn,.>tIz  
步骤： 94dd )/a  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 S ~h*U2  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 =[!(s/+>L  
Wafer Dimensions： CueC![pj  
Length (mm): 8.5 $N}t)iA  
Width (mm): 3.0 PN8#T:E  
.K(9=yh  
2D wafer properties: H~vrCi~t"  
Wafer refractive index: Air Sw"h!\c`  
3 点击 Profiles 与 Materials. .U@u |  
rO.[/#p\  
在“Materials”中加入以下材料： _>;MQ)Km~  
Name: N=1.5 kSc~gJrne  
Refractive index (Re:): 1.5 mIDV
N  
@R%qP>_  
Name: N=3.14 O$e"3^Pa  
Refractive index (Re:): 3.14 f.^|2T I1g  
hgW1g#
  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： [xrsa!$   
Name: ChannelPro_n=3.14 {~FPvmj&  
2D profile definition, Material: n=3.14 Br}@Vvq@  
9$e$L~I#u  
Name: ChannelPro_n=1.5 +swTMR  
2D profile definition, Material: n=1.5 #X%!7tU6  
Ri_2@U-  
6．画出以下波导结构： @#N7M2/  
a. Linear waveguide 1 UjoA$A!Od;  
Label: linear1 ty#6%  
Start Horizontal offset: 0.0 ?<W|Ya  
Start vertical offset: -0.75 v&/H6r#E.  
End Horizontal offset: 8.5 0&I*)Zt9x  
End vertical offset: -0.75 PM
bZv%.,-  
Channel Thickness Tapering: Use Default ,"gPd!HD(  
Width: 1.5 {5X,xdzR  
Depth: 0.0 !1i-"rR  
Profile: ChannelPro_n=1.5 ,lvG5B\0  
umq6X8K  
b. Linear waveguide 2 S ;rd0+J  
Label: linear2 *VJISJC  
Start Horizontal offset: 0.5 {'wvb "b  
Start vertical offset: 0.05 o_mjI:  
End Horizontal offset: 1.0 b=2:\F  
End vertical offset: 0.05 lkJxb~S  
Channel Thickness Tapering: Use Default Nr$78] o9  
Width: 0.1 u<fZ.1  
Depth: 0.0 \ HUDZ2 s  
Profile: ChannelPro_n=3.14 WrDFbcH  
:n{{\SSIgX  
7.加入水平平面波： `JiWS
 
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Udtz zka  
Input field Transverse: Rectangular sK+uwt  
X Position: 0.5 k;t G-~\d  
Direction: Negative Direction 6=$<R4B  
Label: InputPlane1 &
@CUxK  
2D Transverse: ~!PWJ~U  
Center Position: 4.5 1?|"33\03R  
Half width: 5.0 $"|r7n5[  
Titlitng Angle: 45 F$ G)vskd  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 i?(cp["7  
5j]!r  
cf,6";8  
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。 =d ;#Nu-  
将Linear2代码段修改如下: *aM7d>nG5  
Dim Linear2 GeY!f/yQ<  
for m=1 to 8 |J:r]);@K  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) t'At9<ib  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 a*X{hU9P  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" :X'
B K4EN  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" +CdUr~6  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" SZrc-f_  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" I9+h-t  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" u4xtlGt5  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True >}~[ew  
wH@S$WT  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 Fs4shrt  
M_%
KhK  
d@{12hq  
设置仿真参数 l\V1c90m  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框
{p/Yz#  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： 9%NsW3|  
TE simulation 0vSPeZ  
Mesh Delta X: 0.015 )b]wpEFl  
Mesh Delta Z: 0.015 +<p&Va#  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps +VW8{=$  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 O-UA2?N@j  
Number of Anisotropic PML layers: 15 zT&"rcT">  
        其它参数保持默认 rBQ<5.  
运行仿真 E+XS7':I  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 Et}%)M  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 VUUnB<j  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 mCg^Y)Q  
)Z/w|5<  
远场分析衍射波 52o^]
 
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” YfT D  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 z;9D[ME#1  
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 `G:1  
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) xL.m<XDL  
Jv3G\9_  
_MIheCvV  
5. 在远场对话框，设置以下参数： V1d#7rP  
Wavelength: 0.63 "wZvr}xk  
Refractive index: 1.5+0i QbHX
.:C  
Angle Initial: -90.0 ZaY|v-  
Angle Final: 90.0 R|)l^~x  
Number of Steps: 721 p>?(uGV  
Distance: 100, 000*wavelength ydOG8EI  
Intensity /2=9i84  
v+g:0 C5 (  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 "dt}k$Gr  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 \ Qx%76