[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： b 0LGH. z4  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 r/NSD$-n  
•光栅布局模拟和后处理分析 e/"yGQu  
布局layout 8)^B32  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 V=j-Um;  
Q00R<hu@F  
YG0PxZmi  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 _ztZ>'  
csH2_+uG  
步骤： GXDC@+$14  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 N$\ bg|v  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 !dU9sB2  
Wafer Dimensions： h>}ax\h  
Length (mm): 8.5
% v;e  
Width (mm): 3.0 ~Cjz29|gp  
\~JNQ&_o  
2D wafer properties: =N YgGEFq.  
Wafer refractive index: Air 8YuJ8KC  
3 点击 Profiles 与 Materials. #O2wyG)oU  
+hE',i.  
在“Materials”中加入以下材料： j$3rJA%rN  
Name: N=1.5 ,Bisu:v6FW  
Refractive index (Re:): 1.5 X}ZlWJ  
Vy-28icZ`  
Name: N=3.14 x(L(l=^"  
Refractive index (Re:): 3.14 r55qmPhg  
]dvPx^`d{  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： OFc\fW#  
Name: ChannelPro_n=3.14 *IC^IC:  
2D profile definition, Material: n=3.14 O^5UB~  
T4mv%zzS  
Name: ChannelPro_n=1.5 >^a$  
2D profile definition, Material: n=1.5 1EVfowIl  
<fN; xIB  
6．画出以下波导结构： "jMqt9ysN  
a. Linear waveguide 1 7ftR4  
Label: linear1 Pm4e8b  
Start Horizontal offset: 0.0 6+.>5e  
Start vertical offset: -0.75 D^Te%qnW  
End Horizontal offset: 8.5 'T\dkSJv;V  
End vertical offset: -0.75 i+g~ Uj}h  
Channel Thickness Tapering: Use Default .*BA 1sjE  
Width: 1.5 Yc^%zxub  
Depth: 0.0 a6%@d_A  
Profile: ChannelPro_n=1.5 S}[l*7  
xq}-m!nX  
b. Linear waveguide 2 "!O1j r;  
Label: linear2 oL]mjo=jN  
Start Horizontal offset: 0.5 i3#'*7f%j  
Start vertical offset: 0.05 Y9
F)`17  
End Horizontal offset: 1.0 Hkdf$$
\  
End vertical offset: 0.05 H@GE)I>^@  
Channel Thickness Tapering: Use Default @Mm/C?#*O  
Width: 0.1 i}v9ut]B  
Depth: 0.0 t8QRi!\=  
Profile: ChannelPro_n=3.14 c!It^*  
CEuWw:)  
7.加入水平平面波： .}q]`<]ze  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: fAGctRGH  
Input field Transverse: Rectangular OF[?Z  
X Position: 0.5 l<
(cd,  
Direction: Negative Direction HTV ~?E  
Label: InputPlane1 3X;{vO\a1  
2D Transverse: =!BobC- [b  
Center Position: 4.5 ~2@Lx3t$  
Half width: 5.0 j(iuz^I  
Titlitng Angle: 45 uRE*%d>  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 {^#2=`:)O
 
B:< ]Hl$  
v?%LQKO  
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。 3GF2eS$$P  
将Linear2代码段修改如下: /`[!_4i  
Dim Linear2 _%~$'Hy  
for m=1 to 8 D8%AV;-Y  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 03k?:D+5  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 %d1draL  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" MPIlSMe  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 9'nH2,_  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" y500Xs[c  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"  %v+=;jw  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Pao%pA.<  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True +f>cxA  
& ze>X  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 z x@$RS+]  
`S3>3  
im]g(#GnKh  
设置仿真参数 JN4fPGbV  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 ~=En+J}*  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： 9Ma0^_  
TE simulation n((vY.NDV  
Mesh Delta X: 0.015 ujr(K=E  
Mesh Delta Z: 0.015 t
nz+bX26  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps h1[WhBL-O  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 =WG=C1Z  
Number of Anisotropic PML layers: 15 c>HK9z{  
        其它参数保持默认 fY,|o3#  
运行仿真 x[(?#  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 geM6G$V&  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应  fvEAIs  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 ;apzAF  
8z2Rry w  
远场分析衍射波 ?+0GfIV  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” e5?PkFV^a1  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 n6MM5h/#r  
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 C[uOReo  
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) g&Vcg`  
_:g&,2bc  
k|YWOy@D~  
5. 在远场对话框，设置以下参数： &QNY,Pj  
Wavelength: 0.63 zR;X*q"T$4  
Refractive index: 1.5+0i  k5`OH8G  
Angle Initial: -90.0 ]m4OIst  
Angle Final: 90.0 "*z_O  
Number of Steps: 721 K_/zuTy  
Distance: 100, 000*wavelength <7_KeOLJ  
Intensity 8RW&r  
Q`%R
[#  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 L<V3KS2y  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 1f'Hif*r_X