[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： GCj[ySCD  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 ,v#O{ma  
•光栅布局模拟和后处理分析 `>Ms7G9S~e  
布局layout .x'?&7#(  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 _A~>?gJ;,  
2(2UAB"u  
_-|+k  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 x8o/m$[,=u  
/d*[za'0  
步骤： gx.\&W b  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 MG,)|XpyWJ  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 k![oJ.vHD  
Wafer Dimensions： &)izh) FA  
Length (mm): 8.5 8/<+p? 3p>  
Width (mm): 3.0 ENy$sS6[D  
vcC"  
2D wafer properties: DEW;0ic  
Wafer refractive index: Air F<4>g+Ag  
3 点击 Profiles 与 Materials. Zd}12HFq  
NXMZTZpB7  
在“Materials”中加入以下材料： u&Yd+');  
Name: N=1.5 .#}A/V.-Y  
Refractive index (Re:): 1.5 .sSbU^U  
?=,7'@e  
Name: N=3.14 ~NTKWRaR  
Refractive index (Re:): 3.14 Z#
%s/TL  
^fj30gw7\5  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： a$3]`  
Name: ChannelPro_n=3.14 aMJJ|iiU  
2D profile definition, Material: n=3.14 E(_lm&,4+  
>c$3@
$  
Name: ChannelPro_n=1.5 uT>"(wnJ|  
2D profile definition, Material: n=1.5 (QS 0  
i3cMRcS;  
6．画出以下波导结构：
:Bi 4z(  
a. Linear waveguide 1 7ufTmz#j<  
Label: linear1 bPIo9clq  
Start Horizontal offset: 0.0 2O
}X-/H  
Start vertical offset: -0.75 j8+>E?nm  
End Horizontal offset: 8.5 q2U?EP{8~  
End vertical offset: -0.75 LRR)T: e}q  
Channel Thickness Tapering: Use Default kZ
=2#.  
Width: 1.5 iD<}r?
Z  
Depth: 0.0 IdCE<Oj\  
Profile: ChannelPro_n=1.5 a@-bw4SD  
y+ 4#Iy  
b. Linear waveguide 2 }l&y8,[:  
Label: linear2 ]GDjR'[z  
Start Horizontal offset: 0.5 4KR$sKq$q  
Start vertical offset: 0.05 yZ)-=H  
End Horizontal offset: 1.0 L
b?0<  
End vertical offset: 0.05 b#*"eZj
 
Channel Thickness Tapering: Use Default ( j:eky  
Width: 0.1 OVE?;x>n/1  
Depth: 0.0 2t?Vl%<  
Profile: ChannelPro_n=3.14 \0Ba?  
S263h(H  
7.加入水平平面波： j Y(|z*|  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: )2 b-3lz  
Input field Transverse: Rectangular E)|Bl>  
X Position: 0.5 e-nwR  
Direction: Negative Direction y,K> Wb9e  
Label: InputPlane1 %~M#3Ywa  
2D Transverse: 'wWuR@e#&  
Center Position: 4.5 ^a$L
9p(  
Half width: 5.0 Y?-Ef sK  
Titlitng Angle: 45 PAH#yM2Ic  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 O)"Z%B  
LP/SblE  
Sbeq%Iwm.  
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。 z/nW;ow  
将Linear2代码段修改如下: |E;+j\  
Dim Linear2 8Un0<+b  
for m=1 to 8 6!8uZ>u%Vg  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) ""m/?TZq'  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 `~\8fN  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" R+2~%|{d  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" KL*+gq0k  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" 79I"F'  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" s<oT,SPt  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" P<;Puww/  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ^gkKk&~A5?  
Htfq?\ FD  
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。 Io tc>!  
E(&zH;?_  
[[xnp;-;  
设置仿真参数 h>p,r\X  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 )\7Cp-E-W  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： $M~`)UeV_  
TE simulation 5bd4
]1gj  
Mesh Delta X: 0.015 -:~z,F  
Mesh Delta Z: 0.015 B1]FB|0's  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps J4s`U/F  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。
",' Zr<T  
Number of Anisotropic PML layers: 15 7K+eI!m.s  
        其它参数保持默认 1bHQB$%z  
运行仿真 rV2>;FG  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 g4{0  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 a54S,}|  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 @1U6sQ  
)6eFYt%c  
远场分析衍射波 R^]a<g,  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” [{#n?BT  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 rDu?XJA  
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 ggpa!R  
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) bJkFCI/  
6/vMK<Fz9  
/iJsa&W}  
5. 在远场对话框，设置以下参数： = )4bf"~8  
Wavelength: 0.63 E^m)&.+'M  
Refractive index: 1.5+0i vE)d0l"  
Angle Initial: -90.0 BqdGU-Q  
Angle Final: 90.0 ;yCtk ~T%  
Number of Steps: 721 *Wcq'S  
Distance: 100, 000*wavelength \jS^+Xf?^  
Intensity B B^81{A  
FI)0.p  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 '#~Sb8   
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ,mKUCG