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: p_hljgOV •使用VB脚本生成光栅(或周期性)布局。 %y
zFWDg •光栅布局模拟和后处理分析 yK"OZ2Mv 布局layout 5H_%inWM 我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 o^59kQT 图1.二维光栅布局 -e_+x'uF B7Um G)C 用VB脚本定义一个2D光栅布局 [ e4)"A" 5- Q`v/w; 步骤: .ON+ (
#n 1 通过在文件菜单中选择“New”,启动一个新项目。 {b@rQCre7 2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 c`UJI$Q/ Wafer Dimensions: +~ro*{3 Length (mm): 8.5 f[)_=T+ Width (mm): 3.0 rQNT |=.z0{A7H 2D wafer properties: <@CBc:j0 Wafer refractive index: Air e=t?mDh#E 3 点击 Profiles 与 Materials. 5 Vm
|/ Vy
= fm 在“Materials”中加入以下材料: [P*3ld,,G% Name: N=1.5 U4#[>* Refractive index (Re:): 1.5 HF-Msu6 QjfQoT F Name: N=3.14 b~ ?TDm7 Refractive index (Re:): 3.14 %g(h%V9f (sw1HR 4.在“Profile”中定义以下轮廓: "m]"%MU78 Name: ChannelPro_n=3.14 t"1'B!4 2D profile definition, Material: n=3.14 @]f"X> ]?F05!$ * Name: ChannelPro_n=1.5 "r0z(j 2D profile definition, Material: n=1.5 )>,b>7 qR < 6.画出以下波导结构: i L1.R+ a. Linear waveguide 1 {+[~;ISL Label: linear1 =$5[uI2 Start Horizontal offset: 0.0 ww"ihUX Start vertical offset: -0.75 Ms?V1 End Horizontal offset: 8.5 X|L8s$> End vertical offset: -0.75 =y7]9SOq Channel Thickness Tapering: Use Default U'LO;s04m Width: 1.5 3m4?l
~ Depth: 0.0 S>7Zq5* Profile: ChannelPro_n=1.5 @1P1n8mH] vII&v+C b. Linear waveguide 2 #;juZ*I Label: linear2 1G|Q~%cv Start Horizontal offset: 0.5 W0$G7s Start vertical offset: 0.05 .Gl&K|/{j End Horizontal offset: 1.0 |aN0|O2 End vertical offset: 0.05 !mL,Ue3/ Channel Thickness Tapering: Use Default C5Q|3d Width: 0.1 <Q=ES,M Depth: 0.0 .]Z M2 Profile: ChannelPro_n=3.14 &RXd1>|c2 ZP?k |sEH 7.加入水平平面波: 9G_=)8sOV Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 1L'[DKb' Input field Transverse: Rectangular NpD}7t<EF X Position: 0.5 ?OKm~ Ek Direction: Negative Direction {R8Q`2R Label: InputPlane1 X5wS6v)#( 2D Transverse: uGl0z79 Center Position: 4.5
-/ Half width: 5.0 QAi(uL5 Titlitng Angle: 45 /db?ltb Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 D4'?
V
Iz 图2.波导结构(未设置周期) 8<P $E! CpS'2@6 8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 ~B(]0: 将Linear2代码段修改如下: =&"Vf!7YR7 Dim Linear2 ^yK94U;<Gy for m=1 to 8 Dr`\ Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) =(v!pEF Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 V-=$:J"J'\ Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" -xXNzC Linear2.SetAttr "Depth", "0" n{BC m % Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" (53dl(L? Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" /F;*[JZIb Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" ?xQlX%&`6 Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True JIb<>X, F:pXdU-xf 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。 S$+ v? Y`) 图3.光栅布局通过VB脚本生成 *`}_e)(k cYR6+PKua 设置仿真参数 ";s5It
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”,将出现仿真参数对话框 qoZ* sV 2. 在仿真参数对话框中,设置以下参数: +1d\ZZA|6& TE simulation <Dm6CH Mesh Delta X: 0.015 {'DP/]nK Mesh Delta Z: 0.015 NYP3uGH] Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps X8Sk 设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 4
>&%-BhN Number of Anisotropic PML layers: 15 lR.a3.~ 其它参数保持默认 Z$zUy|s[ 运行仿真 1r~lh#_8 • 在仿真参数中点击Run按钮,启动仿真 1xguG7 • 在分析仪中,可以观察到各场分量的时域响应 )sV#
b • 仿真完成后,点击“Yes”,启动分析仪。 _D,8`na>K hsqUiB tc6 远场分析衍射波 nrt0[E-&~ 1. 在OptiFDTD Analyzer中,在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” rG\m]C3 E 2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 K,IOD
t 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 /#:RYM'Tu 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) s=%HT fw 图4.远场计算对话框 l*v([@A\ k5/nAaiVE 5. 在远场对话框,设置以下参数: g~B@=R Wavelength: 0.63 'oT}jI Refractive index: 1.5+0i _23sIUN c3 Angle Initial: -90.0 0'py7 Angle Final: 90.0 awkVjyq X Number of Steps: 721 V)@MM2, Distance: 100, 000*wavelength (VO Ka Intensity mSj[t
l4/TJ%`MG 6. 点击“计算”按钮开始计算,并将结果保存为 Farfield.ffp。 nZ bg 7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 ZH0f32K 图5.“Opti 2D Viewer”中的远场模式
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