[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： \W=~@k  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 @GDe{GG+  
•光栅布局模拟和后处理分析 
:#s6,  
布局layout &b8Dy=#  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 nAPSs]D  
4+e9:r]  
k FE2Vv4.  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 z )s{>^D  
F$<>JEdX  
步骤： c,pR+DP  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 3>YG  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 " 2A`M~  
Wafer Dimensions： ^ cpQ*Fz  
Length (mm): 8.5 Wd#r-&!6j  
Width (mm): 3.0 (7^5jo[D  
mz$)80ly  
2D wafer properties: I4{uw ge  
Wafer refractive index: Air Aq674  
3 点击 Profiles 与 Materials. nI7G"f[%r;  
R#gt~]x6k  
在“Materials”中加入以下材料： aNLRUdc.  
Name: N=1.5 ^0vK >  
Refractive index (Re:): 1.5 Xu\FcQ{  
.RFijr  
Name: N=3.14 qPqpRi  
Refractive index (Re:): 3.14 T9w;4X
F  
95LZG1]Rb  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： T n.Cj5  
Name: ChannelPro_n=3.14 &x6Z=|Ers  
2D profile definition, Material: n=3.14 {R<0'JU  
2L"$p?  
Name: ChannelPro_n=1.5 C#{s[l\]  
2D profile definition, Material: n=1.5 g$bbm}6S  
$I*ye+a*{q  
6．画出以下波导结构： Jm8{@D%  
a. Linear waveguide 1 g(Q
)fw  
Label: linear1 l2H-E&'
=  
Start Horizontal offset: 0.0 uqe{F+;8&  
Start vertical offset: -0.75 Y~z3fd  
End Horizontal offset: 8.5 +g/TDwyVH  
End vertical offset: -0.75 }dcXuX4{r  
Channel Thickness Tapering: Use Default Bh3N6j+$d  
Width: 1.5 6[ }~m\cY  
Depth: 0.0 A+Uil\%  
Profile: ChannelPro_n=1.5 !bs{/?  
n7-|\p!xP6  
b. Linear waveguide 2 Sl,X*[HGd  
Label: linear2 M~%~y`D^  
Start Horizontal offset: 0.5 yF2|w=!  
Start vertical offset: 0.05 `w/:o$&  
End Horizontal offset: 1.0 v:/+OzY  
End vertical offset: 0.05 pFE&`T@ <  
Channel Thickness Tapering: Use Default B-'oB>|  
Width: 0.1 ab"6]%_  
Depth: 0.0 7|$cM7_r  
Profile: ChannelPro_n=3.14 Su"9`  
PF=BXY1<UL  
7.加入水平平面波： Ja1[vO"YgP  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: K @x4>9 3n  
Input field Transverse: Rectangular eh4`a
<gC  
X Position: 0.5 EJC{!06L'/  
Direction: Negative Direction .*N]SbU<8  
Label: InputPlane1 }/)vOUcEd  
2D Transverse: E|R
^tETb  
Center Position: 4.5 `|nCr  
Half width: 5.0 2cv!85  
Titlitng Angle: 45 X}"Ic@8  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 K>
%}m,  
RNa59b  
%DyukUJ  
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。 DJ&ni`  
将Linear2代码段修改如下: /~sNx
 
Dim Linear2 YY{0WWua  
for m=1 to 8 tc-pVw:TV  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) o>Fc.$ngZ  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 `Wc"Ix0  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 6(#fGH&[  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" )w.+( v(  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" JSXJlau  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8w,+Y]X<P[  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" VTS7K2lBvX  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True <jt_<p +  
>WYiOXYv  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 p2m@0ou  
C:r@)Mhq  
ENx1)]  
设置仿真参数 F7fpsAt7  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 *??!~RE  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数：
kmNa),`{s  
TE simulation 4KbOyTQ  
Mesh Delta X: 0.015 a7$]" T 7  
Mesh Delta Z: 0.015 =2Vs))>Y  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps fEv`iXZG  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 dUt$kB  
Number of Anisotropic PML layers: 15 11"- taWj  
        其它参数保持默认 ShP&ss  
运行仿真 IKz3IR eu  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 R_DstpsT  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 U-~6<\Mf  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 hB?a{#JL  
,Yp+&&p.  
远场分析衍射波 z (1zth  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Z--A:D>  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 Fx@ovI- 5  
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 !xE/  
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) ]n\Qa  
OM>,1;UH]  
,(&p"O":  
5. 在远场对话框，设置以下参数： Uzi.CYVs%  
Wavelength: 0.63 dnwTD\),  
Refractive index: 1.5+0i w}20l F  
Angle Initial: -90.0 `j#zwgUs  
Angle Final: 90.0 pA%}CmrMq  
Number of Steps: 721 TTDcVG_}  
Distance: 100, 000*wavelength Pv#Oea?  
Intensity l1M %   
mM[KT} A  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 :CeK 'A\  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 (^{tu89ab