[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： ;,{_=n>  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 hh;kBv07o  
•光栅布局模拟和后处理分析 AR|4^  
布局layout Ah2@
sp,z  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 I
b(C`4%  
O8;/oL4 U  
kowS| c#  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 ]E9iaq6Z  
cU;Bm}U  
步骤： I;4quFBlMu  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 C:Ef6ZW  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 E\iK_'#  
Wafer Dimensions： -}7$;QK&a  
Length (mm): 8.5 @A[)\E1  
Width (mm): 3.0 #Xg;E3BM  
A
mZXUb  
2D wafer properties: f2gtz{r  
Wafer refractive index: Air &xGdKH  
3 点击 Profiles 与 Materials. !vz'zy)7  
^G4YvS(  
在“Materials”中加入以下材料： WwmYJl0  
Name: N=1.5 yP58H{hQM8  
Refractive index (Re:): 1.5 cAR `{%b  
IMM;LC%rD9  
Name: N=3.14 ,_V V;P  
Refractive index (Re:): 3.14 @eYpARF  
a`wjZ"}'[  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： Xi="gxp$%  
Name: ChannelPro_n=3.14 D||0c"E  
2D profile definition, Material: n=3.14 0i~U(qoI  
6Zi{gx  
Name: ChannelPro_n=1.5 bQ*yXJ^8  
2D profile definition, Material: n=1.5 ~RR!~q  
e-dkvPr  
6．画出以下波导结构： BA\aVhmx  
a. Linear waveguide 1 {!Qu(%  
Label: linear1 ;Gr {  
Start Horizontal offset: 0.0 hBU)gP75  
Start vertical offset: -0.75 %lCZ7z2o  
End Horizontal offset: 8.5 &d6@SQ  
End vertical offset: -0.75
"7cty\  
Channel Thickness Tapering: Use Default /WQ.,a  
Width: 1.5 ;L-=z]IR,  
Depth: 0.0 ~"+"
6zg  
Profile: ChannelPro_n=1.5 /,G `V  
<+QdBp'd;
 
b. Linear waveguide 2 /A9RmTb  
Label: linear2 eB0exPz%  
Start Horizontal offset: 0.5 ~b_DFj  
Start vertical offset: 0.05 xs= ~N  
End Horizontal offset: 1.0 H
Xq']+iC  
End vertical offset: 0.05 |))NjM'ZBl  
Channel Thickness Tapering: Use Default 9=>q0D2
 
Width: 0.1 [t4v/vQT  
Depth: 0.0 PVb[E03  
Profile: ChannelPro_n=3.14 >)M{^  
:T-DxP/  
7.加入水平平面波：
3)G~ud  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: FWbp;v{  
Input field Transverse: Rectangular ,`t+X=#  
X Position: 0.5 )oIh?-WL  
Direction: Negative Direction ?V6,>e_+  
Label: InputPlane1 -6[DQB  
2D Transverse: HA'~1$#z  
Center Position: 4.5 ]-gyXE1.r  
Half width: 5.0 wnS,Jl  
Titlitng Angle: 45 XIwJhsYZ'9  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 -,8LL@_  
]dUG=dWO  
,AnD%#o  
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。 s%:fZ7y  
将Linear2代码段修改如下: T;6MUmyC  
Dim Linear2  l<6GZ  
for m=1 to 8 V'vWz`#  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) XPdmz!,b  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 01r%K@ xX\  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" [=K lDfU=  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" &M13F>!  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" C]

!2  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" Im;%.J  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" HLWffO/  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True b~aM=71  
8?Zhh.  
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。 RHUZ:r  
G*9(O:  
.!3e$mhV  
设置仿真参数 6?a`'&  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 -#Zvj
Eaey  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： {s8c@-'  
TE simulation a{`hAI${  
Mesh Delta X: 0.015 w<(ubR %$  
Mesh Delta Z: 0.015 O},}-%G  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps G4(R/<J,BQ  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 v]k-xn|$j  
Number of Anisotropic PML layers: 15 :+\0.\K0!  
        其它参数保持默认 AR[m+E  
运行仿真 0:V/z3?  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 W %*#rcdq  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 }a;xs};X;  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 @f-:C+(Nsg  
5m1J&T
Z0  
远场分析衍射波 neFwxS?  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” zxn|]PbS  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ]y@A=nR  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 z$Jm1l  
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) AYn65Ly  
eIvZhi  
` @QZK0Ox  
5. 在远场对话框，设置以下参数： :;_
khno  
Wavelength: 0.63 zM0}(5$m  
Refractive index: 1.5+0i |0[Buh[_:c  
Angle Initial: -90.0 ei5YxV6I  
Angle Final: 90.0 QP\9#D~  
Number of Steps: 721 I Cc{2l  
Distance: 100, 000*wavelength Ksx-Y"  
Intensity 5_(\Cd<#  
AX`Tku  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 LhL |ETrJ  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
mG1~rI