[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： 2>)::9e4  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 db.~^][k  
•光栅布局模拟和后处理分析 EQX?Zs?C  
布局layout T+>W(w i  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 VqS1n  
%F(lq*8X  
Q 822 #  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 .#LHj}u  
o[g]Va*8  
步骤： Vg7BK%  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 5:T}C@  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 HG3iK  
Wafer Dimensions： #(-?i\i  
Length (mm): 8.5 0QBK(_O`  
Width (mm): 3.0 X(Lz&fkd  
Mr@{3do$  
2D wafer properties: {"_V,HmEF+  
Wafer refractive index: Air
=-!B4G$  
3 点击 Profiles 与 Materials. -Zqw[2Q4  
w +HKvOs5c  
在“Materials”中加入以下材料： {?X9juc/#  
Name: N=1.5 .]/k#Hv  
Refractive index (Re:): 1.5 %V92q0XW  
} A}Vd:#  
Name: N=3.14 +u3vKzD  
Refractive index (Re:): 3.14 `eKFs0M.  
k>#-NPU$  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： d6A+pa'2  
Name: ChannelPro_n=3.14 |%j7Es  
2D profile definition, Material: n=3.14 &&Otj-n5  
@e+qe9A|  
Name: ChannelPro_n=1.5 64SRW8AH  
2D profile definition, Material: n=1.5 ! ~+mf^D  
FB O_B  
6．画出以下波导结构： bK|nxL  
a. Linear waveguide 1 ZSn6JV'g  
Label: linear1 hne}G._b  
Start Horizontal offset: 0.0 >|hqt8lY  
Start vertical offset: -0.75 k!!d2y6  
End Horizontal offset: 8.5 uy([>8uu  
End vertical offset: -0.75 G$jw#a[L  
Channel Thickness Tapering: Use Default >ajcfG.k(  
Width: 1.5 D;Y2yc[v  
Depth: 0.0 g8]$BhRIfr  
Profile: ChannelPro_n=1.5 rR(\fX!dg  
2K2_
-  
b. Linear waveguide 2 >n5Kz]]
%  
Label: linear2 7/bF04~%  
Start Horizontal offset: 0.5 '3B7F5uLx"  
Start vertical offset: 0.05 oMKGM@V  
End Horizontal offset: 1.0 ,DCrhk
 
End vertical offset: 0.05 #3YYE5cB  
Channel Thickness Tapering: Use Default o6 8;-b'n  
Width: 0.1 Cil1wFBb  
Depth: 0.0 ZU5;w  
Profile: ChannelPro_n=3.14 n0w0]dJ&lc  
nW]T-!  
7.加入水平平面波： Cp#}x1{  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: T>m|C}yy  
Input field Transverse: Rectangular dEfP272M  
X Position: 0.5 |qb-iXW=  
Direction: Negative Direction ]GzfU'fOn|  
Label: InputPlane1 VB~Do?]*k%  
2D Transverse: bJL,pe+u  
Center Position: 4.5 sl*&.F,v=  
Half width: 5.0 ~\Udl  
Titlitng Angle: 45 "O%xQ N  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0  bRx}ih  
|L6 +e*  
vH{JLN2  
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。 8b $e)  
将Linear2代码段修改如下: $wqi^q*)  
Dim Linear2 t8Giv89{  
for m=1 to 8 0;" >.  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) $WbfRyXi7'  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 a7e.Z9k!  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" Ki%RSW(_`  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" dhi9=Co;  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" hJ(S]1B~G  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" N)X51;+  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" A )xfO-  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True cnM`ywKW  
0|~3\e/QV  
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。 Yu|L6#[E  
I(+%`{Wv  
Ml+O - 3T  
设置仿真参数 bYy7Ul6]  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框  -to3I  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： }z_7?dn/  
TE simulation @;{iCVW  
Mesh Delta X: 0.015 3@mW/l>X  
Mesh Delta Z: 0.015 4z,n:>oH  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps nY_+V{F  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 \_|r>vQ  
Number of Anisotropic PML layers: 15 [
K`d?&  
        其它参数保持默认 }E

\u2]  
运行仿真 01o,9_|FL  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 $%5!CD1)  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 *vu  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 +JY]J89  
>~\CiV4^  
远场分析衍射波 r'& 6P-Vm  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” F vHd`  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 _E xd:  
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 pAc "Wo(Q  
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) RU,!F99'1  
L_}F.nbS5  
(?~*.g!  
5. 在远场对话框，设置以下参数： Y>PC>  
Wavelength: 0.63 Nrk/_0^  
Refractive index: 1.5+0i 2R`}}4<Z  
Angle Initial: -90.0 n;*W#c  
Angle Final: 90.0 j'|`:^ Sy  
Number of Steps: 721 O:W4W=K  
Distance: 100, 000*wavelength ^I6GH?19>e  
Intensity $|}PL[aA#  
TS;?>J-  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 jW_FaPW(p  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 K_LwYO3