[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： Ltk'`  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 5&Y%N(  
•光栅布局模拟和后处理分析 qH1k  
布局layout |[6jf!F  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 *\gS 2[S  
?HD eiJkX  
TNi4H:\  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 sY|by\-c  
8]G  
步骤： yT3q~#:  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 YJ6y]r K2,  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 rN$U%\.I  
Wafer Dimensions： aL)}S%5o?  
Length (mm): 8.5 oc|%|pmRd<  
Width (mm): 3.0 %R|_o<(#MJ  
2Ra}&ie  
2D wafer properties: *s=jKV
#  
Wafer refractive index: Air +, IMN)?;z  
3 点击 Profiles 与 Materials. 3bWYRW  
-'!
K("  
在“Materials”中加入以下材料： 3y#U|&]{  
Name: N=1.5 a9f!f %9  
Refractive index (Re:): 1.5 to2#PXf]y  
aLo^f=S  
Name: N=3.14 CIt%7 \c  
Refractive index (Re:): 3.14 ?cyBF*o  
r%:Q(|v?  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： \zx &5a #  
Name: ChannelPro_n=3.14 }q$6^y  
2D profile definition, Material: n=3.14 K3Sa6"U  
m2{DLw".  
Name: ChannelPro_n=1.5 v0aV>-v  
2D profile definition, Material: n=1.5 l_q=@y  
]J '#KT{  
6．画出以下波导结构： a+-X\qN  
a. Linear waveguide 1 v47S9Vm+  
Label: linear1 B@+&?%ub:  
Start Horizontal offset: 0.0 |>'.(
 
Start vertical offset: -0.75 (GCeD-  
End Horizontal offset: 8.5 W{El^')F  
End vertical offset: -0.75 ;q"Yz-3  
Channel Thickness Tapering: Use Default 9Z[EzKd<~'  
Width: 1.5 }CM</  
Depth: 0.0 hx.ln6=4  
Profile: ChannelPro_n=1.5 Yl$R$u)  
`SfBT1#5G  
b. Linear waveguide 2 If*+yr|  
Label: linear2 7]8nW!h;  
Start Horizontal offset: 0.5 bb4
`s0  
Start vertical offset: 0.05 n5NwiSE  
End Horizontal offset: 1.0 #/,WgsAC  
End vertical offset: 0.05 Lu][0+-  
Channel Thickness Tapering: Use Default w7d<Ky
_C  
Width: 0.1 uHQf<R$:  
Depth: 0.0 $bCN;yE  
Profile: ChannelPro_n=3.14 rYKGBo8"  
zbL8 pp  
7.加入水平平面波： 
Lw1aG;5  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: m~f J_  
Input field Transverse: Rectangular ]?<=DHn  
X Position: 0.5 fep8hf B;  
Direction: Negative Direction ]ZI ?U<0  
Label: InputPlane1 F,.dC&B
 
2D Transverse: O{{\jn|lR  
Center Position: 4.5 uE=pq<  
Half width: 5.0 _!ITCkBj  
Titlitng Angle: 45 lP;X=
X>  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 B)`@E4i  
[-p?gyl  
bd;?oYV~  
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。 3;'RF#VL  
将Linear2代码段修改如下: lh]Q\  
Dim Linear2 s#* DY  
for m=1 to 8 {aoG60N  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 8q/3}AnI  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 .l:x!  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ~gi,ky^!  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 4Q?3gA1  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" YVW`|'7)|  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 3*C|"|lJ  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" 7Ap==J{a  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True )OE!vA  
>"|"Gy (  
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。 *>,#'C2  
DlF6tcoI  
HxnWM\p  
设置仿真参数 .Gcs/PN  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 9NE
L[J|  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： -V
afN   
TE simulation YsA.,  
Mesh Delta X: 0.015 Ap)pOD7  
Mesh Delta Z: 0.015 Mrly(*!U"@  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps grZ?F~P8  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 u}(K3H3  
Number of Anisotropic PML layers: 15 G|+naZ  
        其它参数保持默认 "V>p  
运行仿真 XdV(=PS!a@  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 5tUN'KEbN  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 2
e9lk$  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。
ud$*/ )/  
~ \3j{pr  
远场分析衍射波 "bmWr)  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” S7kZpD$  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 %<rV~9:  
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 "yG*Kh7ur  
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) ~fz9AhU8  
=g^k$ Rc  
+sm9H"_0  
5. 在远场对话框，设置以下参数： _J ZlXY  
Wavelength: 0.63 PlC8&$
  
Refractive index: 1.5+0i \ ~uY);  
Angle Initial: -90.0 sA:k8aj  
Angle Final: 90.0 Jj'dg6QY'  
Number of Steps: 721 cqZuG}VR  
Distance: 100, 000*wavelength 0UN65JBuD  
Intensity Br}0dha3E  
$guaUe[x  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 i7|sVz=  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 *$*V#,V-