[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： KhW;RD  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 *r$+&8V\n  
•光栅布局模拟和后处理分析 {nvLPUL  
布局layout wlEo"BA  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 (<Th=Fns?  
%bD}m!  
Myq5b`z  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 H_ez'yy  
=l0Jb#d  
步骤： r@o6voX  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 {|yob4N  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 B-T/V-c7  
Wafer Dimensions： "luR9l,RRE  
Length (mm): 8.5 OHflIeq#@  
Width (mm): 3.0 UD)e:G[Gat  
C{q:_M;  
2D wafer properties: ph#tgLJ  
Wafer refractive index: Air N?m0USu*  
3 点击 Profiles 与 Materials. yx<WSgWZ[  
<6G11-K  
在“Materials”中加入以下材料： gt7VxZ  
Name: N=1.5 TcGoSj<Z  
Refractive index (Re:): 1.5 xGG,2W+z  
C^z\([k0er  
Name: N=3.14 i]#+1Hf  
Refractive index (Re:): 3.14 `WOYoec   
iK IOh('G  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： 1 `7<2w  
Name: ChannelPro_n=3.14 >R2SQA o  
2D profile definition, Material: n=3.14 F5 ]C{  

\6 93kQ  
Name: ChannelPro_n=1.5 =SAU4xjo  
2D profile definition, Material: n=1.5 bLnrbid  
}=2;  
6．画出以下波导结构： toaYsiIkzW  
a. Linear waveguide 1 snt(IJQ  
Label: linear1 rJo"fx  
Start Horizontal offset: 0.0 xwH?0/  
Start vertical offset: -0.75 ~WpG
f,  
End Horizontal offset: 8.5 5&f{1M6l>  
End vertical offset: -0.75 2PR^:h2  
Channel Thickness Tapering: Use Default ,o7hk{fR*  
Width: 1.5 w?,M}=vg  
Depth: 0.0 0K-*WQ*#9  
Profile: ChannelPro_n=1.5 Z^9/v  
}I!hOD>]O  
b. Linear waveguide 2 0'r%,0  
Label: linear2 x#N-&baS  
Start Horizontal offset: 0.5 t nS+5F  
Start vertical offset: 0.05 WpLZQ6wH  
End Horizontal offset: 1.0 c=6Q%S  
End vertical offset: 0.05 3<?XTv-  
Channel Thickness Tapering: Use Default =U. b% uC  
Width: 0.1 Zh/Uu6  
Depth: 0.0 0gn@h/F2%  
Profile: ChannelPro_n=3.14 9F^;!  
,b$2=JO'f  
7.加入水平平面波： |Cdvfk  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: P=5NKg  
Input field Transverse: Rectangular z1!6%W_.  
X Position: 0.5 ;_:Ool,  
Direction: Negative Direction IAOcKQ3  
Label: InputPlane1 G^(}a
]>9  
2D Transverse: jb /8?7  
Center Position: 4.5 M]-VHI[&W  
Half width: 5.0 mga6[E<  
Titlitng Angle: 45 i%

#$*
 
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 {NCF6Mk  
cW``M.d'F  
dP>w/$C}  
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。 J@9}`y=K  
将Linear2代码段修改如下: K"2|[5  
Dim Linear2 G5tday~3  
for m=1 to 8 'ho{eR@d  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) !eJCM`cp  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 MbXq`%  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" t!_x(u  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" ^\:2}4Uj_  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" qXXGF_Q  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" M_``'gw  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" uvA(Rn  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True s~},y]YV  
(}:C+p 'I  
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。 j|e[s ?d  
$gMCR b,  
<SVmOmJ-K  
设置仿真参数 M@p"yq  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 !~
lW3  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： /9Ilo\M
dD  
TE simulation k:#6^!b1  
Mesh Delta X: 0.015 s T3p
>8n  
Mesh Delta Z: 0.015 (3*UPZv  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps '9J|=z9.  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Pj7gGf6v  
Number of Anisotropic PML layers: 15 0p fnV%  
        其它参数保持默认 v.W{x?5  
运行仿真 ["3d
f>!f  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 ad!(z[F'Y  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 w5]l1}rl  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 NE"jh_m-
 
oj}"H>tTp  
远场分析衍射波 wUi(3g|A  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” GL
KO]y  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 rdj@u47  
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 bO49GEUT _  
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) #/j={*-  
7SI)1_%G  
+zWrLf_Rc  
5. 在远场对话框，设置以下参数： ]2+g&ox4'  
Wavelength: 0.63 >kdM:MK  
Refractive index: 1.5+0i R V!o4"\]  
Angle Initial: -90.0 !W1eUY  
Angle Final: 90.0 UqX1E  
Number of Steps: 721 SZVV40w  
Distance: 100, 000*wavelength xKp0r1}  
Intensity gZ(O)uzv  
M@?"t_e1  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 0^]t"z5f0  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 015Owi