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:
2>)::9e4 •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
db.~^][k •光栅布局
模拟和后处理分析
EQX?Zs?C 布局layout
T+>W(w
i 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
VqS1n 图1.二维光栅布局
%F(lq*8X Q
822 # 用VB脚本定义一个2D光栅布局
.#LHj}u o[g]Va*8 步骤:
Vg7BK% 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
5:T}C@ 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 HG3iK Wafer Dimensions:
# (-?i\i Length (mm): 8.5
0QBK(_O` Width (mm): 3.0
X(Lz&fkd Mr@{3do$ 2D wafer properties:
{"_V,HmEF+ Wafer refractive index: Air
=-!B4G$ 3 点击 Profiles 与 Materials.
-Zqw[2Q4 w +HKvOs5c 在“Materials”中加入以下
材料:
{?X9juc/# Name: N=1.5
.]/k#Hv Refractive index (Re:): 1.5
%V92q0XW } A}Vd:# Name: N=3.14
+u3vKzD Refractive index (Re:): 3.14
`eKFs0M. k>#-NPU$ 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
d6A+pa'2 Name: ChannelPro_n=3.14
|%j7Es 2D profile definition, Material: n=3.14
&&Otj-n5 @e+qe9A| Name: ChannelPro_n=1.5
64SRW8AH 2D profile definition, Material: n=1.5
! ~+mf^D FB
O_B 6.画出以下波导结构:
bK|nxL a. Linear waveguide 1
ZSn6JV'g Label: linear1
hn e}G._b Start Horizontal offset: 0.0
>|hqt8lY Start vertical offset: -0.75
k!!d2y6 End Horizontal offset: 8.5
uy([>8uu End vertical offset: -0.75
G$jw#a[L Channel Thickness Tapering: Use Default
>ajcfG.k( Width: 1.5
D;Y2yc[v Depth: 0.0
g8]$BhRIfr Profile: ChannelPro_n=1.5
rR(\fX!dg 2K2_- b. Linear waveguide 2
>n5Kz]]% Label: linear2
7/bF04~% Start Horizontal offset: 0.5
'3B7F5uLx" Start vertical offset: 0.05
oMKG M@V End Horizontal offset: 1.0
,DCrhk End vertical offset: 0.05
#3YYE5cB Channel Thickness Tapering: Use Default
o6 8;-b'n Width: 0.1
Cil1wFBb Depth: 0.0
ZU5; w Profile: ChannelPro_n=3.14
n0w0]dJ&lc nW ]T-! 7.加入水平平面波:
Cp#}x1{ Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
T>m|C}yy Input field Transverse: Rectangular
dEfP272M X Position: 0.5
|qb-iXW= Direction: Negative Direction
]GzfU'fOn| Label: InputPlane1
VB~Do?]*k% 2D Transverse:
bJL ,pe+u Center Position: 4.5
sl*&.F,v= Half width: 5.0
~\Udl Titlitng Angle: 45
"O%xQ N Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
bRx}ih 图2.波导结构(未设置周期)
|L6 +e* vH{JLN2 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。
8b $e) 将Linear2代码段修改如下:
$wqi^q*) Dim Linear2
t8Giv89{ for m=1 to 8
0;" >. Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
$WbfRyXi7' Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
a7e.Z9k! Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
Ki%RSW(_` Linear2.SetAttr "Depth", "0"
dhi9=Co; Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
hJ(S]1B~G Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
N)X51;+ Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
A )xfO- Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
cnM`ywKW 0|~3\e/QV 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。
Yu|L6#[E 图3.光栅布局通过VB脚本生成
I(+%`{Wv Ml+O -
3T 设置仿真参数
bYy7Ul6] 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
-to 3I 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
}z_7?dn/ TE simulation
@;{iCVW Mesh Delta X: 0.015
3@mW/l>X Mesh Delta Z: 0.015
4z,n:>oH Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
nY_+V{F 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
\_|r>vQ Number of Anisotropic PML layers: 15
[K `d?& 其它参数保持默认
}E\u2] 运行仿真
01o,9_|FL • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
$%5!CD1) • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
*vu • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
+JY]J89 >~\CiV4^ 远场分析
衍射波
r'& 6P-Vm 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
F vHd` 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
_E
xd: 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
pAc "Wo(Q 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)
RU,!F99'1 图4.远场计算对话框
L_}F.nbS5 (?~*.g! 5. 在远场对话框,设置以下参数:
Y> PC> Wavelength: 0.63
Nrk/_0^ Refractive index: 1.5+0i
2R`}}4<Z Angle Initial: -90.0
n;*W#c Angle Final: 90.0
j'|`:^
Sy Number of Steps: 721
O:W4W=K Distance: 100, 000*wavelength
^I6GH?19>e Intensity
$|}PL[aA# TS;?>J- 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
jW_FaPW(p 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
K_LwYO3 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式