[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： ~Y f8,m  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 e.L&A|  
•光栅布局模拟和后处理分析 5Q%)|(U'  
布局layout pHb,*C</  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 p=UW ^95  
b=S"o )>  
Q3& ?28  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 JE{cZ<NNH  
b=BNbmX  
步骤： I 2AQ G  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 ~pp< T  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 [4C_iaE  
Wafer Dimensions： HfH+U&  
Length (mm): 8.5 &+02Sn3A  
Width (mm): 3.0 ,F->*
=  
03)irq%l;  
2D wafer properties: KM)MUPr  
Wafer refractive index: Air j<)$ [v6  
3 点击 Profiles 与 Materials. #tUhul/O  
:RIqA/  
在“Materials”中加入以下材料： "LDNkw'  
Name: N=1.5 zqU$V~5;rG  
Refractive index (Re:): 1.5 jtfC3E,U  
`K0.6i [p  
Name: N=3.14 ]U~{?K'g@j  
Refractive index (Re:): 3.14 gktlwiCZ  
L-U4 8 i  
4.在“Profile”中定义以下轮廓：
% 
+  
Name: ChannelPro_n=3.14 K!(WcoA&2i  
2D profile definition, Material: n=3.14 20$Tky_  
c]VK%zl  
Name: ChannelPro_n=1.5 27[e0 j  
2D profile definition, Material: n=1.5 BQUYT/$(  
Pl|I{l*o(`  
6．画出以下波导结构： `lm'_~=`&  
a. Linear waveguide 1 X`&Us  
Label: linear1 7}\AhQ, S  
Start Horizontal offset: 0.0 &<#1G u_  
Start vertical offset: -0.75 _"D J|j  
End Horizontal offset: 8.5 OAo03KW  
End vertical offset: -0.75 kz1Z K  
Channel Thickness Tapering: Use Default wp8-(E^  
Width: 1.5 tMU10=d  
Depth: 0.0 B (h`~pb  
Profile: ChannelPro_n=1.5 aH%tD!%,o  
[`h,Ti!m<  
b. Linear waveguide 2 -$%~EY}  
Label: linear2 D5@}L$u  
Start Horizontal offset: 0.5 O.Dz}[w  
Start vertical offset: 0.05 *3RD\.jPX  
End Horizontal offset: 1.0 H.n|zGQTB  
End vertical offset: 0.05 Tf$>^L  
Channel Thickness Tapering: Use Default b)X
Gr?  
Width: 0.1 #0*I|gfV  
Depth: 0.0 A ?~4Pe  
Profile: ChannelPro_n=3.14 @DM NLsQ  
h\)ual_r[j  
7.加入水平平面波： j;Lp@~M  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: &SZAe/3+  
Input field Transverse: Rectangular PMQ31f/zf  
X Position: 0.5 M>RLS/r>d  
Direction: Negative Direction {az LtTh  
Label: InputPlane1 _6nza)OFH  
2D Transverse: ByWad@-6i  
Center Position: 4.5
Z'^.H3YvL  
Half width: 5.0 ?~}8^~3  
Titlitng Angle: 45 W^:g_  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 A}pe>ja  
9<!??'@f  
7S&O{Q7)  
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。 =5pwNi_S  
将Linear2代码段修改如下: J{EK}'  
Dim Linear2 \FO 4A  
for m=1 to 8 uWXxK"J.  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ]%Whtj.,x7  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 '
i/"D8  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" h*[sV  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 2I4G=jM[  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ac4dIW{$3  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" r_a1oO:  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" {2|sk9?W  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True P!~&Ei  
6l>016 x  
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。 9fSX=PVRmQ  
*i7-_pT  
Zr\G=0`  
设置仿真参数 "Jyb?5  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 #DTBdBh?I  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： /8(t:  
TE simulation exm*p/  
Mesh Delta X: 0.015 \H
Jt}  
Mesh Delta Z: 0.015 9EZh~tdV[  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps n lvDMZ  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 H&ZsMML/%  
Number of Anisotropic PML layers: 15 oP<E)  
        其它参数保持默认 MES|iB
 
运行仿真 !.={p8X-x  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 W.b?~  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 TlBu3z'P  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 "l09Ae'V  
BtWm ZaKi  
远场分析衍射波 .3,Ow(3l  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” Vuo 8[h>  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 L@5g#mSl  
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 PmE2T\{s!  
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) m4T`Tg#P  
!}uev  

myY@Wp  
5. 在远场对话框，设置以下参数： Uw_z9ZL  
Wavelength: 0.63 h5#V,$  
Refractive index: 1.5+0i .l&<-l;UQ  
Angle Initial: -90.0 Ne,u\q3f  
Angle Final: 90.0 p>]2o\["  
Number of Steps: 721 W>7o ec  
Distance: 100, 000*wavelength Vt,"5c  
Intensity >*mLbp"  
b<rJ@1qtJ  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 _\xd]~ELj  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 =l9H]`T/