[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： $bN%x/
  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 B^KC~W  
•光栅布局模拟和后处理分析 )EO$JwQ  
布局layout 643 O(0a  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 <8H`y(S  
=!p6}5Z  
VD1*br^,  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 LEk W^Mv  
1tD4I  
步骤： "--rz;+K  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 H1q>UU:  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 7^:s/xHO*  
Wafer Dimensions： Vls*fY:W  
Length (mm): 8.5 ty(F;M(  
Width (mm): 3.0 $o-s?";  
R(Z2DEt</  
2D wafer properties: bZ0r/f,n$  
Wafer refractive index: Air MF
=@PE][  
3 点击 Profiles 与 Materials. ZY{,//  
}mX;0qO  
在“Materials”中加入以下材料： Bm^vKzp  
Name: N=1.5 Mq6"7L  
Refractive index (Re:): 1.5 @!K)(B;A0b  
)82x)c<e  
Name: N=3.14 \+ K ^G  
Refractive index (Re:): 3.14 4F/Q0"  

;o#dmG  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： U|iSJ%K  
Name: ChannelPro_n=3.14 #K  ]k  
2D profile definition, Material: n=3.14 ?-*_v//g  
J#bEAK^L,l  
Name: ChannelPro_n=1.5 Ib]{rmaP  
2D profile definition, Material: n=1.5 tz2`X V{  
wxF9lZz  
6．画出以下波导结构： 5.idC-\  
a. Linear waveguide 1 xpUaFb  
Label: linear1 U JY`P4(  
Start Horizontal offset: 0.0 aQkgkV;~  
Start vertical offset: -0.75 L{osh0  
End Horizontal offset: 8.5 \9<aCJxN  
End vertical offset: -0.75 /G\-v2iD  
Channel Thickness Tapering: Use Default R$NH [Tz  
Width: 1.5 kE/>Ys@w  
Depth: 0.0 YS/{q~$t  
Profile: ChannelPro_n=1.5 (l9U7^S"{K  
~^:/t<N  
b. Linear waveguide 2 .}2^YOmd  
Label: linear2 YI&7s_% -  
Start Horizontal offset: 0.5 =|=9\3po  
Start vertical offset: 0.05 9fyk7~V  
End Horizontal offset: 1.0 par $0z/  
End vertical offset: 0.05 6i,d|  
Channel Thickness Tapering: Use Default !PJ;d)\T  
Width: 0.1 TRG
"fVR  
Depth: 0.0 iC$~v#2  
Profile: ChannelPro_n=3.14 HIeWgw^"  
Spt[b.4mF  
7.加入水平平面波： wbVM'E/&  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: J7_'@zU  
Input field Transverse: Rectangular if r!ha+8!  
X Position: 0.5 1z0&+C3z  
Direction: Negative Direction CQQX7Y\  
Label: InputPlane1 U
*1rA/"n  
2D Transverse: @4_W}1W  
Center Position: 4.5 p
%_r0  
Half width: 5.0 8kX3.X`  
Titlitng Angle: 45 Hk(w\   
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 *ofK|r  
f!eC|:D  
pu,/GBG_  
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。 x]J{EA{+  
将Linear2代码段修改如下: kfM}j
  
Dim Linear2  \^w=T*  
for m=1 to 8 !nC Z,  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) bvk+i?{H  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 p;U[cGHC  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ^s_E|~U  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" <j-Bj$3  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ')}$v+9h  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" m>jX4D7KZ  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" }ZlJ  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True uFW4A  
Yk6fr~b  
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。 GL9R 5  
>dn[oS,  
HkGzy
Dt  
设置仿真参数 hnmFhJ !g  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 L5]*ZCDv  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： `LVXK|m+$  
TE simulation m{I_E G  
Mesh Delta X: 0.015 [}+0NGgR  
Mesh Delta Z: 0.015 LdDkd(k  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 'h([Y8p{  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 3T|:1Nw
 
Number of Anisotropic PML layers: 15 gXE'3  
        其它参数保持默认 ^4`q%_vm  
运行仿真 gh['T,  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 mv)M9c,`  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 RT F9;]Ti  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 [="moh2*f  
U"<Z^)  
远场分析衍射波 ~BaU2S@y  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” x\3tSP7Vp  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 |bVNlL"xN  
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 plv"/KJM  
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) zZ[SC  
Z
"mpE+U*  
L/c$p`-  
5. 在远场对话框，设置以下参数： GKZn|<Y|{c  
Wavelength: 0.63 mdoy1a  
Refractive index: 1.5+0i 6Bo~7gnc  
Angle Initial: -90.0 =5+M]y E<  
Angle Final: 90.0 "mSDL:$  
Number of Steps: 721 LGgEq-  
Distance: 100, 000*wavelength \@:pWe  
Intensity Z8}Zhe.  
1x V~EX  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 Mw\/gm_3  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 (b GiBsb