[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： b(K.p?bt  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 i^="*t\i  
•光栅布局模拟和后处理分析 nhQ.U>&-M  
布局layout J:pn
mZ`X  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ^!E;+o' t  
0+M1,?+GfF  
@v@'8E Q  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 $ 'HiNP {c  
&)<]AG.vd!  
步骤： E70
 
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 Q >)?_O(  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 7ugmZO}lL  
Wafer Dimensions： )` 
'  
Length (mm): 8.5 TkmN.@w_C  
Width (mm): 3.0 `Fu|50_@V  
nvgo6*  
2D wafer properties: !|,=rM9x  
Wafer refractive index: Air ~r&Q\G  
3 点击 Profiles 与 Materials. H;Z{R@kf  
<&b ~(f  
在“Materials”中加入以下材料： @q[-,EA9  
Name: N=1.5 l AE$HP'o  
Refractive index (Re:): 1.5 [Zi\L>PHO  
sRt|G  
Name: N=3.14 tE<L4;t  
Refractive index (Re:): 3.14 Lp1wA*  
u&r@@p.  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： !>gc!8Y'o  
Name: ChannelPro_n=3.14 oa1&9  
2D profile definition, Material: n=3.14 RSzp-sKB  
GsE?<3  
Name: ChannelPro_n=1.5 q{n~s=  
2D profile definition, Material: n=1.5 e7pN9tXGf  
7q$9\RR5  
6．画出以下波导结构： /8J2,8vZ  
a. Linear waveguide 1 )<IbQH|_  
Label: linear1 K,+`td#  
Start Horizontal offset: 0.0
?W%3>A  
Start vertical offset: -0.75 rx|/]NE;  
End Horizontal offset: 8.5 ",Ek| z  
End vertical offset: -0.75 6L'cD1pu  
Channel Thickness Tapering: Use Default ~8}"X] 4  
Width: 1.5 ~O|j*T  
Depth: 0.0 At+on9&=  
Profile: ChannelPro_n=1.5 F''4j8  
8t9sdqM/C  
b. Linear waveguide 2 NM[w=  
Label: linear2 QF!K$?EU[  
Start Horizontal offset: 0.5 :t^=~xO9  
Start vertical offset: 0.05 Ho\K %#u
 
End Horizontal offset: 1.0 LEHlfB#z`@  
End vertical offset: 0.05 |;9OvR> A  
Channel Thickness Tapering: Use Default $N:m 9R  
Width: 0.1 BRD>q4w  
Depth: 0.0 nLdI>c9R  
Profile: ChannelPro_n=3.14 >(:KEA  
U>ob)-tl  
7.加入水平平面波： D-~
HJ  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: ]V><gZ  
Input field Transverse: Rectangular 93[`1_q7\  
X Position: 0.5 HPtaW:J  
Direction: Negative Direction )<
-kS  
Label: InputPlane1 ;)cSdA9  
2D Transverse: #^xiv/sV  
Center Position: 4.5 LW ntZ.  
Half width: 5.0 $].< /  
Titlitng Angle: 45 _EjS(.e/=  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 z$%ntN#eNA  
eEezd[p  
cg$7`/U  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 %+>I1G  
将Linear2代码段修改如下: PyzWpf  
Dim Linear2 sL+/Eeb` c  
for m=1 to 8 U%w?muJW  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) l$)pCo  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 "4n_MV>p  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" 1u)I}"{W>  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" T"dWrtO  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" V"T;3@N/4  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" V..m2nQj  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" |]\qI  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True {jggiMwo.v  
d=H C;T)  
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。 4+ yd/^S  
cz&FOP+!  
~;Xdz/  
设置仿真参数 }g>&l.2X  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 SijCE~P  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： 4*
F+-fu  
TE simulation <=^YIp  
Mesh Delta X: 0.015 vF1]L]z:?  
Mesh Delta Z: 0.015 khW3z*e#  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps z4_>6sf{  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 9K FWa0G  
Number of Anisotropic PML layers: 15 `6Y'H2WJ?  
        其它参数保持默认  mEhVc!  
运行仿真 Eh8.S)E  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 611:eLyy&l  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 `4(k ?Pk2  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 YadyRUE  
a?\ Au  
远场分析衍射波 ;Fp"]z!Qh+  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 5I t+ S+a  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 (MwB%g  
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 MP0gLi  
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) S :9zz  
f>l}y->-Ug  
k((_~<$2K  
5. 在远场对话框，设置以下参数： :|N5fkhN  
Wavelength: 0.63 </qXKEu`_  
Refractive index: 1.5+0i &YqgMC  
Angle Initial: -90.0 L[Tr"BW  
Angle Final: 90.0 uK3,V0 yz  
Number of Steps: 721 0j_`7<,:  
Distance: 100, 000*wavelength oy#Qj3M8=  
Intensity NfDg=[FN[  
U6n%rdXJ=  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 PHZA?>Q7Z  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 O6lj^