[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： lg;`ItX]  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 23&;28)8  
•光栅布局模拟和后处理分析 86.!sQ8b  
布局layout 5|wQeosXxI  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 c"77<Db$  
C&K%Q3V  
}a|SgI  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 ~\Fde^1  
$A8eMJEpL  
步骤： Vr`UF0_3q  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 (a@cK,  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 c[@>#7p`o  
Wafer Dimensions： 9{?<.%  
Length (mm): 8.5 SQWA{f  
Width (mm): 3.0 rXo,\zI;u^  
N{L]H_=  
2D wafer properties:
W>/O9?D  
Wafer refractive index: Air ^ D?;K8a-l  
3 点击 Profiles 与 Materials. $bD 3  
82efqzT  
在“Materials”中加入以下材料： M'R^?Jjb  
Name: N=1.5 "JbFbcj  
Refractive index (Re:): 1.5 6D/5vM1  
2m/
1:5  
Name: N=3.14 VOp8
,!  
Refractive index (Re:): 3.14 ~ m,z|  
~u/Enl7\-  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： f+1)Ju~  
Name: ChannelPro_n=3.14 4VD'<`R[  
2D profile definition, Material: n=3.14 GDZe6*  
Bn}@w
O  
Name: ChannelPro_n=1.5 jFbz:aUF  
2D profile definition, Material: n=1.5 ,R3D  
Op\l  
6．画出以下波导结构： 5-5qm[.;  
a. Linear waveguide 1 6pxj9@X+  
Label: linear1 ~$YFfv>  
Start Horizontal offset: 0.0 &.K=,+0_R/  
Start vertical offset: -0.75 *.n9D  
End Horizontal offset: 8.5 HaJD2wvr  
End vertical offset: -0.75 %fK"g2:  
Channel Thickness Tapering: Use Default L}lc=\  
Width: 1.5 /vwGSuk._  
Depth: 0.0 J$]d%p_I  
Profile: ChannelPro_n=1.5 =
y[eQS$  
j;J4]]R;o  
b. Linear waveguide 2 X 4;+`  
Label: linear2 lf[(  
Start Horizontal offset: 0.5 .'L@$]!G  
Start vertical offset: 0.05 SN\;&(
?G  
End Horizontal offset: 1.0 X;6&:%ZL@^  
End vertical offset: 0.05 {SCwi;m  
Channel Thickness Tapering: Use Default JG0TbM1(Bt  
Width: 0.1 MpGWt#  
Depth: 0.0 8&3+=<U  
Profile: ChannelPro_n=3.14 : R.,<DQM  

f:=q=i  
7.加入水平平面波： .lOEQLt  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: Cq}LKiu  
Input field Transverse: Rectangular vAHJP$x  
X Position: 0.5 <?2[]h:wp  
Direction: Negative Direction I>C;$Lp]  
Label: InputPlane1 | t3_E  
2D Transverse: wvBJ?t,  
Center Position: 4.5 C4#'`8E  
Half width: 5.0 <+ >y GPp  
Titlitng Angle: 45 \b{=&B[Q$'  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Rb',"` 7  
}#a
d  
Ag#p)  
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。 Ub4j3`  
将Linear2代码段修改如下: !pQQkZol  
Dim Linear2 Q<wrO  
for m=1 to 8 @]gP"Pp  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) u=p([ 5]  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 EX|Wd|aK  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" B ,e3r  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" mst-:F[h  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000"
$:{uF#  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" )zz"DH  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" bCy.S.`jHQ  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True f0O"Hm$Z  
<vhlT#p   
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。 6- s/\  
xCiY jl$  
v`*!Bhc-  
设置仿真参数 Xj.6A,}^  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 " q0lh  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： 5O]ph[7  
TE simulation 118A6qyi  
Mesh Delta X: 0.015 ROW8YTYb  
Mesh Delta Z: 0.015 !%_}Rv!JT  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps _@ev(B  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 !QSL8v@c  
Number of Anisotropic PML layers: 15 =M*31>"I0  
        其它参数保持默认 "!+q0l1]@  
运行仿真 /!P,o}l7  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 i%:oO KI  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 6Y`eYp5A  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 Zb^0EbV  
xbvZ7g^  
远场分析衍射波 ,1a6u3f,  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” */u_RJ  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 HX7"w   
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 +YI/(ko=  
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) gC> A*~J;  
qa.nm4"6+  
-V%"i,t  
5. 在远场对话框，设置以下参数： e)zE*9  
Wavelength: 0.63 p?>(y  
Refractive index: 1.5+0i @_J~zo  
Angle Initial: -90.0 O>IY<]x>L  
Angle Final: 90.0 ~*79rDs
{  
Number of Steps: 721 C-V,3}=*2  
Distance: 100, 000*wavelength :54ik,l  
Intensity [sy~i{Bm  
bzF>Efza  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 tMR&>hM  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 NhU~'k