[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： 7h3#5Y  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 b~1]}9TJ  
•光栅布局模拟和后处理分析  fn1G^a=  
布局layout 3y9K'  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 t~luBUF  
sUfYEVjr  
T.fmEl  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 {x+"Ru~7,  
z g@,s"`>  
步骤： lO)0p2  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 <HLe,  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 #9{9T"ed  
Wafer Dimensions： vSt7&ec  
Length (mm): 8.5 lE8M.ho\  
Width (mm): 3.0 :`9hgd/9  
=*AAXNs@3  
2D wafer properties: \G3P[
E[  
Wafer refractive index: Air GAZw4dz  
3 点击 Profiles 与 Materials. Q}a,+*N.  
<*g!R!  
在“Materials”中加入以下材料： C/J
eD-JG  
Name: N=1.5 jAa{;p"jU  
Refractive index (Re:): 1.5 _::q S!  
fI/?2ZH  
Name: N=3.14 5kK:1hH
7  
Refractive index (Re:): 3.14 cmzu @zq  
y;!qE~!3  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： PP{CK4  
Name: ChannelPro_n=3.14 $Vi[195]2  
2D profile definition, Material: n=3.14 6N%fJ  
Lv`*+;1K  
Name: ChannelPro_n=1.5
-`iXAyr)m  
2D profile definition, Material: n=1.5 oBA]qI  
92@/8,
[  
6．画出以下波导结构： uN:|4/;{&  
a. Linear waveguide 1 Br}&  
Label: linear1 NV|[.g=lg  
Start Horizontal offset: 0.0 ]%{.zl!  
Start vertical offset: -0.75 RG'Ft]l92N  
End Horizontal offset: 8.5 ad\?@>[I  
End vertical offset: -0.75 hnQDm$k  
Channel Thickness Tapering: Use Default J3]W2m2Zw  
Width: 1.5 6I$laHx?  
Depth: 0.0 9@Iz:!oqb  
Profile: ChannelPro_n=1.5 >q'xW=Y j\  
YWV"I|Z  
b. Linear waveguide 2 P9Gjsu #  
Label: linear2 )JO#Z(  
Start Horizontal offset: 0.5 YF+hN\  
Start vertical offset: 0.05 <Rs#y:  
End Horizontal offset: 1.0 fpjy[$8  
End vertical offset: 0.05
V~Zi #o  
Channel Thickness Tapering: Use Default qk;vn}auD]  
Width: 0.1 Zu4|
1W  
Depth: 0.0 fn%Gu s~  
Profile: ChannelPro_n=3.14 A@8Ot-t:\2  
%idn7STJ}  
7.加入水平平面波： CQf<En|1  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: (,5oqU9s@  
Input field Transverse: Rectangular *K9I+t"g  
X Position: 0.5 w/8`]q  
Direction: Negative Direction uHBEpqC%  
Label: InputPlane1 K[wOK  
2D Transverse: DCJmk6p%0  
Center Position: 4.5 z (N3oBW  
Half width: 5.0 E8TJ*ZU  
Titlitng Angle: 45 hSxlj7Eo^T  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 `EV"
/&`  
IETdL{`~  
o/EN3J  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 i+/:^tc;  
将Linear2代码段修改如下: qf/1a CQiP  
Dim Linear2 D;f[7Cac  
for m=1 to 8 =h?Q.vad  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) 4?#0fK  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 _(CuuP$`I  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ?'xTSAn  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" @/S6P-4  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" N30w^W&  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" v&6=(k{E@R  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" K!X>k

 
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True }E01B_T9z  
'~dE0ohWb  
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。 ~c e?xr|  
R&z)  
/UJ@e  
设置仿真参数 <OKzb3e  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 PGT*4r21  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： E$$pO.\  
TE simulation h[5<S&  
Mesh Delta X: 0.015
S(7_\8h  
Mesh Delta Z: 0.015 -29Sw  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Hx}K wS  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。  b>N)H  
Number of Anisotropic PML layers: 15 0nkon3H  
        其它参数保持默认 !J34yro+s  
运行仿真 sZ,MNF8i  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 (S:+#v  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 5:jbd:o  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 V}1D1.@  
~R`Rj*Q2Y  
远场分析衍射波 dg%Orvuz  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ,/.U'{  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 9m2_zfO[w  
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 cz8%p;F:  
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) =AFTB<7-^  
{HV$hU+_)Q  
P]bq9!{1  
5. 在远场对话框，设置以下参数： UWdPB2x[  
Wavelength: 0.63 \bt+46y@]  
Refractive index: 1.5+0i ,hj5.;
M  
Angle Initial: -90.0 )I80Nq  
Angle Final: 90.0 %G%##wv:  
Number of Steps: 721 #+V5$  
Distance: 100, 000*wavelength Mr}]P(4h  
Intensity !6eXJ#~[E  
8^fkY'x  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 j@0/\:1(U  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 4X2XSK4