[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： V%CUMH =U  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 p|XA
l
ia  
•光栅布局模拟和后处理分析 HFo-4"  
布局layout LS.r%:$mb  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 -Dzsa  
H]31l~@]  
~2
uh'e3  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 ] c}
91  
1;| LI?  
步骤： ?4z8)E9Ju  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 !q4x~G0d  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 XidxNPz0^  
Wafer Dimensions： o%y;(|4t >  
Length (mm): 8.5 LD(C\  
Width (mm): 3.0 Vf-5&S&9  
0O2n/`'  
2D wafer properties: znZ7*S >6\  
Wafer refractive index: Air y/_wx(2  
3 点击 Profiles 与 Materials. S{p}ux[}=  
noNm^hFL  
在“Materials”中加入以下材料： `_ (~ Ud  
Name: N=1.5 ivrXwZ7jT  
Refractive index (Re:): 1.5 :WXf.+IA  
)u@c3?$6  
Name: N=3.14 . p^xS6e{  
Refractive index (Re:): 3.14 S7n"3.k  
zW4O4b$T  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： Y?Vz(udD  
Name: ChannelPro_n=3.14 GVd48*  
2D profile definition, Material: n=3.14 EZ#gp^$  
/N^~U&7  
Name: ChannelPro_n=1.5 qeaA&(|5  
2D profile definition, Material: n=1.5 }X$l\pm  
A
%ywj'|z  
6．画出以下波导结构： Q e1oT)  
a. Linear waveguide 1 zp=!8Av  
Label: linear1 C|z%P}u#p  
Start Horizontal offset: 0.0 X<MpN5%|Wo  
Start vertical offset: -0.75 f\ "`7  
End Horizontal offset: 8.5 ~v:#zU  
End vertical offset: -0.75 8?jxDW a  
Channel Thickness Tapering: Use Default p/|(,)'+jx  
Width: 1.5 :d'65KMi  
Depth: 0.0 x3p9GAd#  
Profile: ChannelPro_n=1.5 T$b\Q  
9NIy#
 
b. Linear waveguide 2 4nX(:K}>  
Label: linear2 Uh6mGLz*&  
Start Horizontal offset: 0.5 mf4z?G@6  
Start vertical offset: 0.05 (Nz]h:}r  
End Horizontal offset: 1.0 L:U4N*  
End vertical offset: 0.05 kl{6]39  
Channel Thickness Tapering: Use Default Hbr^vYs5  
Width: 0.1 0K3Hf^>m  
Depth: 0.0 INLf# N  
Profile: ChannelPro_n=3.14 -qn[HXq  
SWoEt1w  
7.加入水平平面波： G
.VYp6)5  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: t*z'c  
Input field Transverse: Rectangular :{CFTc5:A  
X Position: 0.5 J%r7<y\  
Direction: Negative Direction xw%)rm<t  
Label: InputPlane1 J'
7 y   
2D Transverse: ec?1c&E  
Center Position: 4.5 )y\BY8  
Half width: 5.0 5LMj!)3  
Titlitng Angle: 45 A c:\c7M;  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 75(W(V(q  
)l2P}k7`  
4]"w b5%  
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。 cHn;}l!I  
将Linear2代码段修改如下: S1C^+Sla]  
Dim Linear2 wF;B@  
for m=1 to 8 UT-ewXh  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) O|(o8VS  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 -M`D>  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ,^+#M{Z  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" ||gEs/6-  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 1,u{&%yL"w  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" x[}06k'  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" (1y='L2rj  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True W%zmD Hk~  
77_g}N  
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。 H:E5xz3VQ  
:xN8R^(  
Uf[T_  
设置仿真参数 U$@83?O{iM  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 b60[({A\s&  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： ?7rD42\8H  
TE simulation 45r|1<Ro  
Mesh Delta X: 0.015 0
Ts!(b]B  
Mesh Delta Z: 0.015 qV?sg  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 1bDJ}M~]z  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 b7qnOjC  
Number of Anisotropic PML layers: 15 d.b?!kn  
        其它参数保持默认 7n<#y;wo  
运行仿真 xrX?ZJ  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 /9TL&_A-T  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 IE@ z@+\(  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 FB.!`%{  
${CYDD"mdy  
远场分析衍射波 ){jqfkL  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” J,`_,T  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 E.U0q
K],  
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 zdT->%  
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) uJm#{[  
7rJ9 }/<I  
0~:eSWz=  
5. 在远场对话框，设置以下参数： bA0uGLc  
Wavelength: 0.63 SkriX
\p  
Refractive index: 1.5+0i Y)5)s0}  
Angle Initial: -90.0 wFn@\3%l
`  
Angle Final: 90.0 o9~h%&  
Number of Steps: 721 Qlf 9]ug)  
Distance: 100, 000*wavelength  =05iW  
Intensity mC%%)F'Zf  
lJ("6aT?  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 f>?^uSpWH  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 %h
3L