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:
.6Lhy3x •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。
l0_E9qh-i •光栅布局
模拟和后处理分析
U;Y}2 布局layout
19-yM`O 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。
GoVPo' 图1.二维光栅布局
1>@| k$x
'v# 用VB脚本定义一个2D光栅布局
"T1#*"{j N9h@1'> 步骤:
*Qwhi&k 1 通过在
文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。
Qbt>}?- 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下
参数 ,bwopRcA Wafer Dimensions:
7
} MJK) Length (mm): 8.5
U W)&Eky Width (mm): 3.0
b%jG?HSu $HCAC4 2D wafer properties:
ABe^]HlH Wafer refractive index: Air
TNT"2FoBd 3 点击 Profiles 与 Materials.
,lS-;. ihY^~ 在“Materials”中加入以下
材料:
bOIM0<(h Name: N=1.5
,<j5i? Refractive index (Re:): 1.5
}~~^ZtJ\ 1z@# 8_@ Name: N=3.14
rbZ6V : Refractive index (Re:): 3.14
Q;,3W+( P<JkRX 4.在“Profile”中定义以下轮廓:
CJtjn Name: ChannelPro_n=3.14
|afK"N 2D profile definition, Material: n=3.14
nC{rs+P n zrCOMld Name: ChannelPro_n=1.5
$`dNl#G, 2D profile definition, Material: n=1.5
z.Kq}r ^ l3#dfW{ 6.画出以下波导结构:
Y~SlipY_ a. Linear waveguide 1
${6' Label: linear1
;)pV[3[ Start Horizontal offset: 0.0
}'0Xz9/ l Start vertical offset: -0.75
~Q9)Q End Horizontal offset: 8.5
XoiYtx53 End vertical offset: -0.75
$AhX@|?z Channel Thickness Tapering: Use Default
7^TXlWn^G Width: 1.5
3[i!2iL. Depth: 0.0
A;`U{7IST Profile: ChannelPro_n=1.5
2m_M9e\ ^(JbJ@m/ b. Linear waveguide 2
y-q?pqt Label: linear2
SFgIY] Start Horizontal offset: 0.5
(U(x[Df) Start vertical offset: 0.05
KXfW&d(Pk End Horizontal offset: 1.0
.EZ{d End vertical offset: 0.05
$ 14DTjj Channel Thickness Tapering: Use Default
>^GCSPe Width: 0.1
M`fXH 3D Depth: 0.0
qFChZ+3> Profile: ChannelPro_n=3.14
<$2zr4 @,`=~_J 7.加入水平平面波:
w >BFgb? Continuous Wave Wavelength: 0.63 General:
w*P4_=
:%Y Input field Transverse: Rectangular
Y4!q 1]TGX X Position: 0.5
y1My,
?"? Direction: Negative Direction
hg=G// Label: InputPlane1
m_I$"ge 2D Transverse:
< LAD Center Position: 4.5
#$B,8LFz,$ Half width: 5.0
?,DbV|3_\ Titlitng Angle: 45
X0QS/S-+ Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0
"$cT*}br 图2.波导结构(未设置周期)
W&f Py%g
I/V#[K C 8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择
仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。
Vy~$%H94 将Linear2代码段修改如下:
5(`GF| Dim Linear2
+p6\R;_E for m=1 to 8
`0sk2fn Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) )
7[0k5- Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05
'c{]#E1} Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1"
m1i$>9, Linear2.SetAttr "Depth", "0"
Nb^:_0&H@ Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
)K3
vzX Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000"
<qY>d,+E' Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
#%tL8/K* Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True
[4rMUS7-m" &'\+Z 点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局,布局如图3所示。
pAmI ]( 图3.光栅布局通过VB脚本生成
e`1s[ ^B 6mpUk.M" 设置仿真参数
e"mfJY 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框
Q.$h![`6 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数:
^WPV TE simulation
3g:+p
Mesh Delta X: 0.015
e-=PT1T` Mesh Delta Z: 0.015
ulo7d1OVkJ Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps
31Mc<4zI8 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
=Fl4tY#X Number of Anisotropic PML layers: 15
CoXL;\ 其它参数保持默认
XQ;dew+ 运行仿真
K):sq{ • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真
=JH,RQ
* • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应
^:ngHue8~ • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。
0\*<k`dY *3($s_r> 远场分析
衍射波
S`@*zQ 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”
tTp`e0L*m 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向
C,u.!g;lm 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
" T=LHj E 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)
4FdH:os 图4.远场计算对话框
(5;xs KL~sEli 5. 在远场对话框,设置以下参数:
H9!*DA<W Wavelength: 0.63
jzMGRN/67 Refractive index: 1.5+0i
p:%E>K1< Angle Initial: -90.0
wuQkeWxJ Angle Final: 90.0
sH: &OaA Number of Steps: 721
ka%pS Distance: 100, 000*wavelength
"ZW*O{ Intensity
R~-q!nC 6mLE-(
Z7 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。
'8
#*U 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。
q)zvePO# 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式