[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： jzJTV4&zjs  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 j\IdB:}j  
•光栅布局模拟和后处理分析 /P@%{y  
布局layout .!KsF h,pK  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 P9'` 2c  
S}VS@KDO  
C 5gdvJN  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 O 1z0dHa  
96<oX:#  
步骤： PBb&.<  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 p__wBUB  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 DbH;DcV7  
Wafer Dimensions： $Q8 &TM}E  
Length (mm): 8.5 v;e8W9M  
Width (mm): 3.0 I:iMRvp  
eNK +)<PK(  
2D wafer properties: X2Z)> 10  
Wafer refractive index: Air bg-/ 8,  
3 点击 Profiles 与 Materials. Dho6N]86r  
i
cTpx#|=  
在“Materials”中加入以下材料： iO
5g30l  
Name: N=1.5 LZe)_9$  
Refractive index (Re:): 1.5 0?>(H(D^/  
y0mND
ze  
Name: N=3.14 jW`JThoq  
Refractive index (Re:): 3.14 E|f[#+:+  
j8&NscK)  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： gx9Os2Z|3  
Name: ChannelPro_n=3.14 )e?&'wa>  
2D profile definition, Material: n=3.14 -C q;  
1B2#uhT]r  
Name: ChannelPro_n=1.5 ZAgXz{!H(  
2D profile definition, Material: n=1.5 $!.>
)n  
@!f4>iUy  
6．画出以下波导结构： %|(c?`2|  
a. Linear waveguide 1 `2s@O>RV  
Label: linear1 N~O
3KG q  
Start Horizontal offset: 0.0 zk8)!Af  
Start vertical offset: -0.75 43AzNXWF8  
End Horizontal offset: 8.5 Om0$6O  
End vertical offset: -0.75 pVy=rS-  
Channel Thickness Tapering: Use Default nFEJO&1+  
Width: 1.5 EYq?NL='  
Depth: 0.0 edp I?  
Profile: ChannelPro_n=1.5 zg<-%r'$  
Yao}Xo9}  
b. Linear waveguide 2 ,\\ba_*z  
Label: linear2 aP  
Start Horizontal offset: 0.5 4$&l`yWU+  
Start vertical offset: 0.05 <(lA C
H  
End Horizontal offset: 1.0 v<!S_7h  
End vertical offset: 0.05 LOx+?4|y  
Channel Thickness Tapering: Use Default 8~o']B;lJ  
Width: 0.1 eTS}-  
Depth: 0.0 MJ)lZ!KZ  
Profile: ChannelPro_n=3.14 aDNB~CwZZ  
vAUt~X"  
7.加入水平平面波： ljNwt  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: F(HfXY3  
Input field Transverse: Rectangular (E0   
X Position: 0.5 XX~vg>3_  
Direction: Negative Direction neI7VbH4  
Label: InputPlane1 9Lb96K?=>  
2D Transverse: ~:z.Xu5m  
Center Position: 4.5 |NfFe*q0;8  
Half width: 5.0 'V:Q :  
Titlitng Angle: 45 y d97ys  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 -X
V,r<''  
4!Js="  
.zO2g8(VR  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 l/X_CM8y~  
将Linear2代码段修改如下: AatSN@,~z  
Dim Linear2
N6y9'LGG`  
for m=1 to 8 EJkHPn  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) wX"hUu  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 Ht Fr(g\"$  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ~$HB}/  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" m+Ye`]  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" l$;"yVdks  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" I@'[>t  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" K&L!O3#(  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True X8|H5Y:  

FQ<-Wc  
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。 Yr9'2.%Q  
JtL>mH  
9pp+<c  
设置仿真参数 \]tBwa  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 )O1
]|r7v  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： A5XMA|2_  
TE simulation ?,vLRq.  
Mesh Delta X: 0.015 k)p`x"To  
Mesh Delta Z: 0.015 } !m43x/&  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps Z,).)y#B  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 6R6Ub 0  
Number of Anisotropic PML layers: 15 \H] |5fp*  
        其它参数保持默认 ) O0Cz n  
运行仿真 tDK@?PfKz  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 N"S`9B1eD(  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 &`D$w?beg  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 OdzeHpH3g  
|#TU"$;  
远场分析衍射波 9p{4-]  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ]E
iM~n  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 zwfft  
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 VdHT3r  
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) NdXHpq;  
 >G]JwO  
0@ `]m  
5. 在远场对话框，设置以下参数： Q"QRF5Ue  
Wavelength: 0.63 \((iR>^|  
Refractive index: 1.5+0i clE9I<1v  
Angle Initial: -90.0 ]>n{~4a  
Angle Final: 90.0 02J/=AC5  
Number of Steps: 721 -$d?e%}#  
Distance: 100, 000*wavelength O<m46mwM  
Intensity 1WUSp;JMl  
h3MdQlJ&  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 L AQ@y-K3  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 7)rQf{q7