OptiFDTD应用:光栅衍射的远场分布
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: mr*JJF0Z •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 O}-jCW;K •光栅布局模拟和后处理分析 WrQD X3 布局layout HK,cJahq 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 ?!A7rb/tj 图1.二维光栅布局 z> Rsi e7Xeo +/ 用VB脚本定义一个2D光栅布局 I*{4rDt oHd FMD@ 步骤: 8xMEe:}V 1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 v$7QIl_/7 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 [^Os kJ4 Wafer Dimensions: 7K,-01-: Length (mm): 8.5 :61Tun Width (mm): 3.0 ($au:'kU
xjfV?B'Y}V 2D wafer properties: DFZkh^PFd Wafer refractive index: Air { C=NUK%? 3 点击 Profiles 与 Materials. @XLy7_} 0^I|ut4 在“Materials”中加入以下材料: q)X$^oE!6 Name: N=1.5 >7lx=T
x Refractive index (Re:): 1.5 @$S+ Ne[< [#-b8Cu Name: N=3.14 dgR
g>)V Refractive index (Re:): 3.14 +T|JK7 z>58dA@f 4.在“Profile”中定义以下轮廓: $?Yry.2 Name: ChannelPro_n=3.14 0
HGM4[)= 2D profile definition, Material: n=3.14 Y-kt.X/Z- ~ELNyI11 Name: ChannelPro_n=1.5 HePUWL' 2D profile definition, Material: n=1.5 fkuLj%R 77C'*tt1] 6.画出以下波导结构: e@Fo^#ImDx a. Linear waveguide 1 E27vR 7 Label: linear1 zL$@`Eh-KP Start Horizontal offset: 0.0 /Y9>8XSc Start vertical offset: -0.75 B:5Rr}eY+ End Horizontal offset: 8.5 aC$B2 End vertical offset: -0.75 ?k]2*}bz Channel Thickness Tapering: Use Default /1"(cQ%? Width: 1.5 En~5"yW5>] Depth: 0.0 xf<at -> Profile: ChannelPro_n=1.5 Bc+w+ a|%J=k>> b. Linear waveguide 2 vI:;A/& Label: linear2 .z]Wyx&/U Start Horizontal offset: 0.5 Huy5-[)15 Start vertical offset: 0.05 M2
,YsHt
End Horizontal offset: 1.0 }#L^! \V} End vertical offset: 0.05 /xsF90c\h Channel Thickness Tapering: Use Default +MR.>" Width: 0.1 .u*0[N Depth: 0.0 2/vMoVT, Profile: ChannelPro_n=3.14 FG6h,7+ 1pt%Kw*@j 7.加入水平平面波: kDEPs$^ Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: %SX|o-B~.o Input field Transverse: Rectangular .:@Ykdm4I X Position: 0.5 4lr(,nPRD Direction: Negative Direction l n{e1':$" Label: InputPlane1 < vL,*.zd 2D Transverse: `P@T$bC Center Position: 4.5 9KDEM gCW Half width: 5.0 k9k XyX[ Titlitng Angle: 45 "Ue.@> Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 H<VTa? n 图2.波导结构(未设置周期) (zgW%{V@ O~T@rX9f 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。 BcL{se9< 将Linear2代码段修改如下: UYk/v]ZA Dim Linear2 D ~stM for m=1 to 8 MLoYnR^ Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) <vUbv Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 RTE8Uq36 Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" U7K,AflK?M Linear2.SetAttr "Depth", "0" 24E}<N,g Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" '?!zG{x Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 4,sJE2"[9 Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" I%r{]-Obr- Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True w\(.3W7 9{(.Il J> 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。 mR&H9NG 图3.光栅布局通过VB脚本生成 z2MWN\?8 <D:.(AUeO 设置仿真参数 1M}5>V{ 1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 3?c3<`TW 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: IEXt: TE simulation Hw7;;HK
7 Mesh Delta X: 0.015 q#T/
Mesh Delta Z: 0.015 '_GrD>P)- Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps : ]sUpO 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 [Grxw[(_: Number of Anisotropic PML layers: 15 :K-~fA%kt? 其它参数保持默认 ]Bcp;D 运行仿真 M!/Cknm • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 N"" BCh" • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 ex::m& • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 /DK"QV!]s =-8bsV/l 远场分析衍射波 z`!XhU 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” A Y*e@nk\ 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 7[> 6i 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 t/cY=Wp 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) luo 图4.远场计算对话框 @ o3T S<VSn}vn 5. 在远场对话框,设置以下参数: gu0j.XS^ Wavelength: 0.63 ^su<uG<R Refractive index: 1.5+0i [Jogt#Fj ] Angle Initial: -90.0 5_- (<B Angle Final: 90.0 eO?p*"p" F Number of Steps: 721 U^Q:Y}^ Distance: 100, 000*wavelength $})g?Q Intensity !ePr5On swK-/$# 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 |$vX<. S 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 mS^tX i5hg 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
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