[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： p0}Yo8?OW  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 17w{hK4o8O  
•光栅布局模拟和后处理分析 z]=Ks_7  
布局layout JIc9csr:b  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 yA7O<p+  
X7gB.=\X  
m |.0$+=  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 )*7{%Ilq  
SCfk!GBVD  
步骤： }g[Hi`  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 ?DnQU"_$  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 )]Sf|@K]  
Wafer Dimensions： T~4HeEG>uH  
Length (mm): 8.5 K)h<#F  
Width (mm): 3.0 nFro#qx  
{7v|\6@e3  
2D wafer properties: rxZk!- t)L  
Wafer refractive index: Air FRQkD%k  
3 点击 Profiles 与 Materials. D>`{f4Y  
%f(4jQ0I  
在“Materials”中加入以下材料： 1k"i"kRM  
Name: N=1.5 {3!A\OR  
Refractive index (Re:): 1.5 YeB C6`7y  
)5Cqyp~P  
Name: N=3.14 Cn.dv
-  
Refractive index (Re:): 3.14 '8I=Tn  
HD,6  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： b0tbS[j  
Name: ChannelPro_n=3.14 715J1~aRNr  
2D profile definition, Material: n=3.14 jT;'T$  
j9cB<atL  
Name: ChannelPro_n=1.5 WJ 'lYl0+7  
2D profile definition, Material: n=1.5 O_5;?$[m  
PC%_^BDW  
6．画出以下波导结构： 'SIc2H  
a. Linear waveguide 1 :MH=6  
Label: linear1 'OMl9}M  
Start Horizontal offset: 0.0 7mb5z/N  
Start vertical offset: -0.75 sr~VvciIy  
End Horizontal offset: 8.5 D^{jXNDNO  
End vertical offset: -0.75 h[C XH"  
Channel Thickness Tapering: Use Default !=+;9Ry$z  
Width: 1.5 ! e?=g%(  
Depth: 0.0 *6v5JH&K  
Profile: ChannelPro_n=1.5 F-$NoEL  
p%OVl[^jp  
b. Linear waveguide 2 %,d+jBM  
Label: linear2 d 5hx%M  
Start Horizontal offset: 0.5 >q&e.-qL  
Start vertical offset: 0.05 -{yG+1  
End Horizontal offset: 1.0 cL"Ral-qB  
End vertical offset: 0.05 ux[13]yY  
Channel Thickness Tapering: Use Default za8+=?  
Width: 0.1 M@0S*[O{"  
Depth: 0.0 rPHM_fW(O@  
Profile: ChannelPro_n=3.14 swh
tlc@@  
cr^R9dv  
7.加入水平平面波： lI5>d(6p  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: q?f-h<yRQ  
Input field Transverse: Rectangular @*$"6!3s5  
X Position: 0.5 #;"lBqxY`  
Direction: Negative Direction O:dUzZR['  
Label: InputPlane1 ldG$hk'  
2D Transverse: 8#Y_]Z?)  
Center Position: 4.5 pFwe&_u]  
Half width: 5.0 ;uuBX0B  
Titlitng Angle: 45 XK(aH~7xme  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 O@rZ^Aa  
=e6!U5 f  
v/`#Gu^P  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 G2J4N2hu  
将Linear2代码段修改如下: 1ay{uU!EL  
Dim Linear2 =1mIk0H`  
for m=1 to 8
Fk?KR  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) D6EqJ,~  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 y!\q', F  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 0LP>3"Sm  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" o:Tpd 0F  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 5WtI.7r  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" J!zL)u|  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" <Oj'0NK-  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True r;fcBepO  
N&u(9Fxn  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 X-%91z:o58  
o^BX:\}  
PC)V".W1  
设置仿真参数 yGb^kR}d  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 SLud}|f;o  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： lq27^K  
TE simulation 4WQ 96|F  
Mesh Delta X: 0.015 {d,^tG}  
Mesh Delta Z: 0.015 4Y
@q.QP  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps &)EL%o5  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 8p~|i97W]!  
Number of Anisotropic PML layers: 15 'Ub\8<HfJU  
        其它参数保持默认 cHwN=mg]S  
运行仿真 7L!q{%}  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 =5h,ZB2A  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 QST-!`]v  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 %#7^b=;=  
rVnolA*%  
远场分析衍射波 DZ5h<1  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” a3BlydSlf  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 0ac'<;9]zP  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 `I5So-^&z  
4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”，出现远场转换对话框。(图4) *&W1|Qkg_  
L$f:D2Ei  
)`m/vYKWL  
5. 在远场对话框，设置以下参数： P/dT;YhL  
Wavelength: 0.63 Pv3 e*I(
(  
Refractive index: 1.5+0i _ud!:q  
Angle Initial: -90.0 [b@9V
_  
Angle Final: 90.0 w Yr M2X@  
Number of Steps: 721 %XZdz=B  
Distance: 100, 000*wavelength *lp{,  
Intensity ~g;lVj,N'  
k#/%#rQM  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 T@DT|lTI  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ldWr-