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:
7
<Q5;J&; •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
Vgyew9>E •光栅布局
模拟和后处理分析
sH?/E6 布局layout
&bp=`=* 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
W@Lu;g.Yc 图1.二维光栅布局
2w-51tqm q7-L53.x 用VB脚本定义一个2D光栅布局
8G5m{XTS( jMN[J|us51 步骤:
9 `w) 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
hQDTS>U 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 YI.w-K\ Wafer Dimensions:
L[20m(6? Length (mm): 8.5
pTyi!:g3W Width (mm): 3.0
_dJ{j mUz\ra;z 2D wafer properties:
KhW;RD Wafer refractive index: Air
jD`d#R 3 点击 Profiles 与 Materials.
zdEPDdB ]/B$br'O{? 在“Materials”中加入以下
材料:
f4guz Name: N=1.5
sPb=82~z Refractive index (Re:): 1.5
*s>BG1$< -M1YE Name: N=3.14
!DI{:I_h( Refractive index (Re:): 3.14
eU N"w,@y 3:f[gV9K 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
}oKG}wgY Name: ChannelPro_n=3.14
sqS=qC 2D profile definition, Material: n=3.14
Z KOXI%~Mc "luR9l,RRE Name: ChannelPro_n=1.5
Cc, `}SP 2D profile definition, Material: n=1.5
E gDQ+(
- ^+1#[E 6.画出以下波导结构:
9Y<#=C a. Linear waveguide 1
W5' 3$,X9 Label: linear1
8B#GbS
K Start Horizontal offset: 0.0
!QT'L,_ Start vertical offset: -0.75
`r_m+] End Horizontal offset: 8.5
??i4z[0M End vertical offset: -0.75
v
(2GX Channel Thickness Tapering: Use Default
s9>(Jzcf9 Width: 1.5
_` [h,= Depth: 0.0
4j!]:ra Profile: ChannelPro_n=1.5
X2xuwA yj$TPe_BW b. Linear waveguide 2
7]%Ypv$ Label: linear2
Vm|Y$C Start Horizontal offset: 0.5
d|*"IFe Start vertical offset: 0.05
Z-B%'/. End Horizontal offset: 1.0
ee/&/Gt End vertical offset: 0.05
80$fG8 Channel Thickness Tapering: Use Default
c. A|Ir Width: 0.1
7rC uu *M Depth: 0.0
~6I)|^Z Profile: ChannelPro_n=3.14
@Kgl%[NmX /2m?15c+ 7.加入水平平面波:
$7'gRb4 Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
eJo3 MK Input field Transverse: Rectangular
NKmoG\* X Position: 0.5
kGUJ9Du Direction: Negative Direction
wO>L#"X^v Label: InputPlane1
>2?aZ`r+ 2D Transverse:
o1/lZm{\~n Center Position: 4.5
3 s>'hn Half width: 5.0
\M"UmSB o Titlitng Angle: 45
A~dQ\M Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
8v)_6p(<x8 图2.波导结构(未设置周期)
5eA8niq# cFagz* ! 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。
dk==? 将Linear2代码段修改如下:
R <"6ojn Dim Linear2
X{g%kf,D= for m=1 to 8
%G@5!|J Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
{gKN d*[* Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
=9LC<2 Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
CZEW-PIhj Linear2.SetAttr "Depth", "0"
ZCg`z Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
s6}Xt=j Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
sK 2
e& Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
h)v^q: =' Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
1KYN>s: /"ymZI!k\ 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。
dxj*Q "K 图3.光栅布局通过VB脚本生成
Se!)n;?7Sw =_[Z W 设置仿真参数
s(_+!d6 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
9Z6C8Jv 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
R1-k3;v^ TE simulation
$iM=4
3W Mesh Delta X: 0.015
L;QY<b Mesh Delta Z: 0.015
?_`0G/xl Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
g8'DoHJ* 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
,5|d3dJS Number of Anisotropic PML layers: 15
lr2rQo> 其它参数保持默认
@+_&Y] 运行仿真
somfv$'B • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
Fpt-V • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
A{<xc[w;p • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
/dDzZ%/@ d/7l efF 远场分析
衍射波
Bfd-:`Jk 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
Qeb}!k2A 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
@rb l^ 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
H0*5_OJ!i 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)
<3hA!$o~ 图4.远场计算对话框
a)2yE,": 5%
nt0dc 5. 在远场对话框,设置以下参数:
x:t<ZG&Xwg Wavelength: 0.63
<E\V`g Refractive index: 1.5+0i
(RXS~8 Angle Initial: -90.0
yoqa@ V Angle Final: 90.0
2@vj!U 8 Number of Steps: 721
;TZGC).6 Distance: 100, 000*wavelength
uG>nV Intensity
:G)<}j"sM =z:U~D 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
#X.+ 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
S:Tm23pe 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式