[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： :h tOz.  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 a W`q  
•光栅布局模拟和后处理分析 O!}TZfC  
布局layout $!L'ZO1_r  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 .$/Su3]K/  
O+Fu zCWj  
{$,e@nn  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 Wc4F'}s  
1M
H[-=[Q  
步骤： 8,pnm  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 ty|E[Ez1  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 {(@M0?  
Wafer Dimensions： .(OFYK<  
Length (mm): 8.5 _ cK"y2  
Width (mm): 3.0 H3YFbR  
05mjV6j7m  
2D wafer properties: >(s)S[\  
Wafer refractive index: Air nc#}-}`5  
3 点击 Profiles 与 Materials. Y '&&1R  
,y}?Z8?63  
在“Materials”中加入以下材料： [R[]&\W  
Name: N=1.5 bT<if@h-  
Refractive index (Re:): 1.5 TT3GFP  
_5
(lp} s  
Name: N=3.14 9kmkF,  
Refractive index (Re:): 3.14 x2*l5t  
oa(R,{_*q  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： =X[]0.I%  
Name: ChannelPro_n=3.14 `LU[+F8<  
2D profile definition, Material: n=3.14 iB;EV8E  
fmf3Hp@  
Name: ChannelPro_n=1.5 S"ZH5O(  
2D profile definition, Material: n=1.5 YIv!\`^ \  
0b%"=J2/p.  
6．画出以下波导结构： 4.:2!Q  
a. Linear waveguide 1 <rZ(B>$  
Label: linear1 fvn`$  
Start Horizontal offset: 0.0 +;uP) "Q/L  
Start vertical offset: -0.75 { O+d7,C  
End Horizontal offset: 8.5 yOwo(+ 2  
End vertical offset: -0.75 W($}G_j[B1  
Channel Thickness Tapering: Use Default TbqH-R3W  
Width: 1.5 H`#{zt);  
Depth: 0.0 36mp+}R#  
Profile: ChannelPro_n=1.5 od=%8z  
6%bZZTP`  
b. Linear waveguide 2 v?e@`;- <  
Label: linear2 JDcc`&`M  
Start Horizontal offset: 0.5 {"T$jV:GB  
Start vertical offset: 0.05 -FRMal4Pg0  
End Horizontal offset: 1.0 HBHDu;u  
End vertical offset: 0.05 bBwQ1,c$  
Channel Thickness Tapering: Use Default 77D>;90>?  
Width: 0.1 #-5.G>8  
Depth: 0.0 5}S~8  
Profile: ChannelPro_n=3.14 "M#A `b  
{j$:9  H  
7.加入水平平面波： -]$q8Q(hM  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: B:Y"X:Y  
Input field Transverse: Rectangular iIT7pq1  
X Position: 0.5 N 4Kj)E@  
Direction: Negative Direction \*x'7c/qg  
Label: InputPlane1 !C13E lf  
2D Transverse: e ]-fb{oVH  
Center Position: 4.5 Er /:iO)_  
Half width: 5.0 j#:IG/)GL  
Titlitng Angle: 45 D%[yAr;r  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 +i"^"/2f{  
wq K:=  
r<< ]41  
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。 n h
T%_se4  
将Linear2代码段修改如下: G8bc\]  
Dim Linear2 ?|4Y(0N  
for m=1 to 8 -rg >y!L  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) :wWPEhK  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 N@}5Fnk-  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" (*qMs)~]B  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" MZJ@qIg[Y  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" &+0WZ#VI  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" h 8Shf"  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ?2d! ^!9  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True bhk:Szqz  
Fsdp"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。 Bs?B\k=  
dWKjVf  
Hs9; &C  
设置仿真参数 |
|p>O  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 b*5Yy/U  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： V LXU  
TE simulation q>X
30g  
Mesh Delta X: 0.015 {
$ a $m  
Mesh Delta Z: 0.015 h7?uM^p  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ^9_4#Ep(  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 vZ6_/ew8  
Number of Anisotropic PML layers: 15 yj<j>JtN  
        其它参数保持默认 ,a6Oi=+>/U  
运行仿真 d ,"L8  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 %"yy8~|  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 )t?_3'W  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 4Su|aWL-  
:
`Sd5b>  
远场分析衍射波 !tuN_  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer”  b79z<D  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 1uwzo9Yg  
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 `4Db( ~
  
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) vV$6fvS  
w^EUBRI-  
PR+L6DT_  
5. 在远场对话框，设置以下参数： 5w9oMM{  
Wavelength: 0.63 A?zxF5rfp  
Refractive index: 1.5+0i <>l!  
Angle Initial: -90.0 =w,cdU*  
Angle Final: 90.0 W)LtnD2 w  
Number of Steps: 721 sUe<21:  
Distance: 100, 000*wavelength W{!Slf  
Intensity *B*dWMh  
}L|cg2y  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。
k$d+w][  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 [&MhAzF