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:
$bN%x/ •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
B^KC~W •光栅布局
模拟和后处理分析
)EO$JwQ 布局layout
643 O(0a 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
<8H`y(S 图1.二维光栅布局
=!p6}5Z VD1*br^, 用VB脚本定义一个2D光栅布局
LEk
W^Mv 1tD4I 步骤:
"--rz;+K 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
H1q>UU: 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 7^:s/xHO* Wafer Dimensions:
Vls*fY:W Length (mm): 8.5
ty(F;M( Width (mm): 3.0
$o-s?"; R(Z2DEt</ 2D wafer properties:
bZ0r/f,n$ Wafer refractive index: Air
MF=@PE][ 3 点击 Profiles 与 Materials.
ZY{,//
}mX;0qO 在“Materials”中加入以下
材料:
Bm^vKzp Name: N=1.5
Mq6"7L Refractive index (Re:): 1.5
@!K)(B;A0b )82x)c<e Name: N=3.14
\+
K
^G Refractive index (Re:): 3.14
4F/Q0" ;o#dmG 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
U|iSJ%K Name: ChannelPro_n=3.14
#K
]k 2D profile definition, Material: n=3.14
?-*_v//g J#bEAK^L,l Name: ChannelPro_n=1.5
Ib]{rmaP 2D profile definition, Material: n=1.5
tz2`X V{ wxF9lZz 6.画出以下波导结构:
5.idC-\ a. Linear waveguide 1
xpUaFb Label: linear1
U
JY`P4( Start Horizontal offset: 0.0
aQkgkV;~ Start vertical offset: -0.75
L{osh0 End Horizontal offset: 8.5
\9<aCJxN End vertical offset: -0.75
/G\-v2i D Channel Thickness Tapering: Use Default
R$NH [Tz Width: 1.5
kE/>Ys@w Depth: 0.0
YS/{q~$t Profile: ChannelPro_n=1.5
(l9U7^S"{K ~^:/t<N b. Linear waveguide 2
.}2^YOmd Label: linear2
YI&7s_%
- Start Horizontal offset: 0.5
=|=9\3po Start vertical offset: 0.05
9fyk7~V End Horizontal offset: 1.0
par
$0z/ End vertical offset: 0.05
6i, d| Channel Thickness Tapering: Use Default
!PJ;d)\T Width: 0.1
TRG"fVR Depth: 0.0
iC$~v#2 Profile: ChannelPro_n=3.14
HIeWgw^" Spt[b.4m F 7.加入水平平面波:
wbVM'E/& Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
J7_'@zU Input field Transverse: Rectangular
if
r!ha+8! X Position: 0.5
1z0&+ C3z Direction: Negative Direction
CQQX7Y\ Label: InputPlane1
U*1rA/"n 2D Transverse:
@4_W}1W Center Position: 4.5
p%_r0 Half width: 5.0
8kX3.X` Titlitng Angle: 45
Hk(w\
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
*ofK|r 图2.波导结构(未设置周期)
f!eC|:D pu,/GBG_ 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。
x]J{EA{+ 将Linear2代码段修改如下:
kfM}j Dim Linear2
\^w=T* for m=1 to 8
!nC Z, Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
bvk+i?{H Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
p;U[cGHC Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
^s_E |~U Linear2.SetAttr "Depth", "0"
<j-Bj$3 Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
')}$v+9h Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
m>jX4D7KZ Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
}ZlJ Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
uFW4A Yk6fr~b 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。
GL9R
5 图3.光栅布局通过VB脚本生成
>dn[oS, HkGzyDt 设置仿真参数
hnmFhJ !g 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
L5]*ZCDv 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
`LVXK|m+ $ TE simulation
m{I_E
G Mesh Delta X: 0.015
[}+0NGgR Mesh Delta Z: 0.015
LdDkd(k Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
'h([Y8p{ 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
3T|:1Nw Number of Anisotropic PML layers: 15
gXE'3 其它参数保持默认
^4`q%_vm 运行仿真
gh['T, • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
mv)M9c,` • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
RT F9;]Ti • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
[="moh2*f
U"<Z^) 远场分析
衍射波
~BaU2S@y 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
x\3tSP7Vp 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
|bVNlL"xN 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
plv"/K JM 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)
zZ[SC 图4.远场计算对话框
Z"mpE+U* L/c$p`- 5. 在远场对话框,设置以下参数:
GKZn|<Y|{c Wavelength: 0.63
mdoy1a Refractive index: 1.5+0i
6Bo~7gnc Angle Initial: -90.0
=5+M]y
E<