[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： $EFS_*<X  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 Gpxp8[ {  
•光栅布局模拟和后处理分析 +j<WP  
布局layout  mU4(MjP?  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 #VX]tr
h,  
fs#9~b3  
H I|a88   
用VB脚本定义一个2D光栅布局 qWr=Oiu  
qLLrR,:  
步骤： 5CK\Z'c~!  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 O
oA!N-Q  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 b_ZvI\H  
Wafer Dimensions： 0j!<eN=  
Length (mm): 8.5 }~@/r5Zl  
Width (mm): 3.0 ZUHW*U.  
3\m!  
2D wafer properties: $jh$nMx)!  
Wafer refractive index: Air Q.B)?w
m  
3 点击 Profiles 与 Materials. ;?HP/dZLz  
|k6+- 1~_  
在“Materials”中加入以下材料： Z]b;%:>=  
Name: N=1.5 J(#6Cld`c  
Refractive index (Re:): 1.5 SV t~pE+Y  
N:U}b1$L6  
Name: N=3.14 (k!7`<k!Y  
Refractive index (Re:): 3.14 +C!GV.q[  
K]$PRg1|3  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： k5-4^
 
Name: ChannelPro_n=3.14 N@PwC(   
2D profile definition, Material: n=3.14 l3b=
8yn.  
[6l0|Y  
Name: ChannelPro_n=1.5 `:3nF'  
2D profile definition, Material: n=1.5 G)s.~ T  
_0Ea 3K  
6．画出以下波导结构： Fvk=
6$d2  
a. Linear waveguide 1 6inAnC@I  
Label: linear1 VCc=dME  
Start Horizontal offset: 0.0 #^VZJ:2=|  
Start vertical offset: -0.75 Wx-0Ip'9  
End Horizontal offset: 8.5 hGD@v{/  
End vertical offset: -0.75 YNV, dKB  
Channel Thickness Tapering: Use Default V $I8iVGL  
Width: 1.5 %N&.B  
Depth: 0.0 5;KJ0N*-  
Profile: ChannelPro_n=1.5 !%65YTxY-  
'-A;B.GV%  
b. Linear waveguide 2 wyX3qH  
Label: linear2 'v<v6vs  
Start Horizontal offset: 0.5 RP{0+  
Start vertical offset: 0.05 yOz6a :r  
End Horizontal offset: 1.0 _(g0$vRP~  
End vertical offset: 0.05 v*Gd=\88  
Channel Thickness Tapering: Use Default F&!vtlV)  
Width: 0.1 yC$m(Y12FN  
Depth: 0.0 FW8Zpr!u  
Profile: ChannelPro_n=3.14 tx d0S!  
R4 eu,,J  
7.加入水平平面波： 1LS1 ZY  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: X7-*`NI^  
Input field Transverse: Rectangular =cV|o]  
X Position: 0.5 %2dzx[s  
Direction: Negative Direction RgV3,z  
Label: InputPlane1 (y; 6H  
2D Transverse: ,&@GxiU  
Center Position: 4.5 f@YdL6&d-  
Half width: 5.0 MuMq%uDA"  
Titlitng Angle: 45 bu6Sp3g  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 Az y`
4  
&Cb,C+q  
8>WA5:]v  
8.单击“Layout Script”快捷工具栏或选择仿真菜单下的“Generate Layout Script…”。这一步将把布局对象转换为VB脚本代码。 M>5OC)E  
将Linear2代码段修改如下: XcT!4xG0  
Dim Linear2 t[+bZUS$~  
for m=1 to 8 plPPf+\  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) _D}3``  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 )rP,+B?W  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" ^BLO}9A{P  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" `Gv\"|Gn  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" h(yFr/  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" V~*>/2+  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" Tk[]l7R~  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True pW.WJ`Rk  
VK*_pEV,}  
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。 })<u~r  
U9T}iI  
k%gj  
设置仿真参数 h[qZM  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 ?=4oxPe  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： F%a&|X  
TE simulation GdUsv  
Mesh Delta X: 0.015 qdZ ^D  
Mesh Delta Z: 0.015 }v}F8}4  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps ZqrS]i@$  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 Mj1f;$  
Number of Anisotropic PML layers: 15 5B|.cOE  
        其它参数保持默认 xltN-<n7  
运行仿真 "{~FEx4  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 3.#L  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 Qq.$!$  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 *
(5;5r  
n\D/WLvM  
远场分析衍射波 V0{#q/q  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” ZKrK>X  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 OKm,iIp]  
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 >b"@{MZ@t  
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) =(hBgNH  
bC+ZR{M  
Czw]5  
5. 在远场对话框，设置以下参数： zqt<[=O  
Wavelength: 0.63 j;uUM6  
Refractive index: 1.5+0i ;taZi
xOH  
Angle Initial: -90.0 Z<>gx m<  
Angle Final: 90.0 @d{}M)6\!
 
Number of Steps: 721 %t,42jQ9  
Distance: 100, 000*wavelength *:d``L  
Intensity BMO,eQcB  
MOB4t|  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 _ZavY<6  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 &TRKd)wd