[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： ?cB:1?\j  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 qlU"v)Mx  
•光栅布局模拟和后处理分析 AY(z9&;6  
布局layout $sxm MP  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 2?}5U)Hg  
o0)k5P~<~  
0XzrzT"&  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 h>:eu#  
k|r|*|8  
步骤：
\UEO$~Km  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 2R`dyg  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 a W9_[#z5  
Wafer Dimensions： AzZb0wW6p  
Length (mm): 8.5 3 q^^Os  
Width (mm): 3.0 s[n*fV']A  
-}G>{5.A  
2D wafer properties: xgQ&'&7l  
Wafer refractive index: Air ;%<R>gDWv  
3 点击 Profiles 与 Materials. \1MMz Z4rf  
KB5<)[bs  
在“Materials”中加入以下材料： %NH{%K,  
Name: N=1.5 Tya[6b
!8  
Refractive index (Re:): 1.5 (WuJ9  
A>Y#-e;<d  
Name: N=3.14 _q
p^+  
Refractive index (Re:): 3.14 L3J .Oh  
@x[Arx^?}  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： gNaB^IY  
Name: ChannelPro_n=3.14 d8Sr,t+  
2D profile definition, Material: n=3.14 g5
[r!XO  
+\s&v!  
Name: ChannelPro_n=1.5 2S@aG%-)  
2D profile definition, Material: n=1.5 &fRZaq'2R  
EHlkt,h*  
6．画出以下波导结构： V+>.Gf  
a. Linear waveguide 1 N#&/d nV  
Label: linear1 g+pj1ycw/  
Start Horizontal offset: 0.0 slH3c:j\  
Start vertical offset: -0.75 2
e9lk$  
End Horizontal offset: 8.5
ud$*/ )/  
End vertical offset: -0.75 ~ \3j{pr  
Channel Thickness Tapering: Use Default "bmWr)  
Width: 1.5 S7kZpD$  
Depth: 0.0 ;-"'sEu}  
Profile: ChannelPro_n=1.5 zi?G wh~  
\eoJ6IRE\T  
b. Linear waveguide 2 X775j"<d  
Label: linear2 U6Xi-@XP  
Start Horizontal offset: 0.5 A[8vD</}_  
Start vertical offset: 0.05 3aERfIJyE  
End Horizontal offset: 1.0 7T/hmVi_  
End vertical offset: 0.05 Z_WJgH2c  
Channel Thickness Tapering: Use Default ]S0sjN  
Width: 0.1 t_NnQ4)
=  
Depth: 0.0 >pj)va[Q  
Profile: ChannelPro_n=3.14 Cp!Qd e  
x~n]r[!L  
7.加入水平平面波： 0~=>:^H'`q  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: "jA?s9  
Input field Transverse: Rectangular lCxPR'C|  
X Position: 0.5 2E_d$nsJ  
Direction: Negative Direction <-s5 ;xwtS  
Label: InputPlane1 g'<ekY+V:  
2D Transverse: g"|/^G_6S  
Center Position: 4.5 kx6-8j3gD7  
Half width: 5.0 oBI@.&tG}  
Titlitng Angle: 45 ]]!&>tOlI  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 jrLV\(p  
 Jknit  
'E_~>  
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。 4Tn97G7  
将Linear2代码段修改如下: HE.YfD)  
Dim Linear2 .NRSBk  
for m=1 to 8 Xb\de_8!  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) uK5 C-  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 x2.YEuSMC  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" h:~ 8WV|  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 54>gr1B  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" &!0%"4  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" c7f11N!v>b  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" )I(2t 6i  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True w[hT,$n  
Y9ipy_@_?  
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。 "D[/o8Hk  

W_Eur,/`  
W*.
6'u)9  
设置仿真参数 NsUP0B}.  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 
u[+/WFH  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： DWmViuZmL  
TE simulation Tt+E?C%Y  
Mesh Delta X: 0.015 U%H6jVE  
Mesh Delta Z: 0.015 &N|`Q(QXS  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ~xakz BE  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 E.%_i8s  
Number of Anisotropic PML layers: 15 -_+,HyJP  
        其它参数保持默认 T.GB*  
运行仿真 =,
G^GMi'  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 -YJ4-]Z  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 ?CO..l  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 JH`oa1b  
Z;[f,Oj  
远场分析衍射波 :WHbwu,L$  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” /^Ng7Mi!  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 &N:`Rler  
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 fYUbr"Oe  
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) y_}jf,b4  
PCZ%<>v  
P^J#;{R  
5. 在远场对话框，设置以下参数： +p):  
Wavelength: 0.63 *7
UDTgY  
Refractive index: 1.5+0i }KFM8CbS  
Angle Initial: -90.0 ]JvZ{fA%*  
Angle Final: 90.0 ObEp0-^?  
Number of Steps: 721 P-)`FB  
Distance: 100, 000*wavelength M TOZ:b  
Intensity x A"V!8C  

-'~61=PD  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 6):iu=/i/  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 'm|PSwB7