[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：
q38; w~H  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 O>Sbb2q?"  
•光栅布局模拟和后处理分析 Xm4wuX"e=  
布局layout 8vRiVJ8QS:  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 {k*_'0   
4[ra  
QEgv,J{  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 |l|]Tw  
(NQ[AypMI  
步骤： 3pp w_?k  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 xr/k.Fz  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 _"bx#B*  
Wafer Dimensions： s7e'9Bx  
Length (mm): 8.5 kMo)4Xp  
Width (mm): 3.0 5Z[D(z  
qcot T\rq  
2D wafer properties: 1fy{@j(W  
Wafer refractive index: Air Esjv^* v9-  
3 点击 Profiles 与 Materials. F"=MU8  
LZVO9e]  
在“Materials”中加入以下材料： P Cf|^X#B  
Name: N=1.5 m&q;.|W  
Refractive index (Re:): 1.5 fUL"fMoU  
=<05PB  
Name: N=3.14 $ZU(bEUOG  
Refractive index (Re:): 3.14 =/;_7|ssd  
+XE21hb   
4.在“Profile”中定义以下轮廓： ^sKXn:)  
Name: ChannelPro_n=3.14 `9+EhP$RS  
2D profile definition, Material: n=3.14 3$8}%?i  
'dzp@-\  
Name: ChannelPro_n=1.5 6`C27  
2D profile definition, Material: n=1.5 ?5Fj]Bk]  
 kTz  
6．画出以下波导结构： fq|2E&&v  
a. Linear waveguide 1 UjaC( c  
Label: linear1 [}2.CM  
Start Horizontal offset: 0.0 o FLrSmY)E  
Start vertical offset: -0.75 q UnFEg  
End Horizontal offset: 8.5 )9r%% #  
End vertical offset: -0.75 EVFfXv^  
Channel Thickness Tapering: Use Default {yHfE,  
Width: 1.5 X$9QW3.M  
Depth: 0.0 fhmr*E'J  
Profile: ChannelPro_n=1.5 i!3KG|V  
!r*;R\!n2  
b. Linear waveguide 2 %7#Zb'  
Label: linear2 d_uy;-3  
Start Horizontal offset: 0.5 @<G/H|f  
Start vertical offset: 0.05 ugB{2oqi  
End Horizontal offset: 1.0 #P#R~b]  
End vertical offset: 0.05 X{}#hyYk"  
Channel Thickness Tapering: Use Default !yX<v%>_0  
Width: 0.1 s8[9YfuW  
Depth: 0.0 dSVu_*y  
Profile: ChannelPro_n=3.14 lM,zTNu-z  
iyYY)roB  
7.加入水平平面波： V|\A?   
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 8>Z$/1Mh  
Input field Transverse: Rectangular d~jtWd|?  
X Position: 0.5
e@=[+iJc  
Direction: Negative Direction Vb^s 'k  
Label: InputPlane1 $ud>Z;X=P  
2D Transverse: ]7kGHIJ|  
Center Position: 4.5 $ bNe0  
Half width: 5.0 1bg@[YN!;  
Titlitng Angle: 45 1fW4=pF-K  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 x{
>Y$t]  
q7&yb.<KD.  
O'-Zn]@.]  
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。 S7ehk*`  
将Linear2代码段修改如下: U;{,l
S2l  
Dim Linear2 eCIRt/ uA  
for m=1 to 8 kA%OF*%|6  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) d._gH#&v  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 ~f10ZB_k>'  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" :.o=F
`W  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" 9c{%m4
  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" s
Nfb %r  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" 8EG8!,\I  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" v*~%x  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True E#$_uZ4  
(1SO;8k\  
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。 ^lai!uZVa  
C.eV|rc@T  
fsJTwSI["  
设置仿真参数 62)
lf2$1  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 {0vbC/?]  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： h0GdFWN  
TE simulation $^=jPk]+  
Mesh Delta X: 0.015 "gN*J)!x  
Mesh Delta Z: 0.015 i %hn  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps KPjqw{gR_R  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 P}+|`>L  
Number of Anisotropic PML layers: 15 CES
e}^)n  
        其它参数保持默认 +z(,A  
运行仿真 ro&Y7m  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 9[p}.9/  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 -{8Q= N  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 [> &+*c  
(2S!
$w%  
远场分析衍射波 xeYySM=  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” hw ;dm  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ^dUfTG9{  
3. 将位置移动到等于92的网格点，(位置:-0.12)观察当前位置的近场 FJjF*2.  
4. 在Crosscut Viewer的工具菜单中选择“Far Field”，出现远场转换对话框。(图4) Tt<-<oyU.  
0J:U\S  
<S8I"8{Mb  
5. 在远场对话框，设置以下参数： fb0T/JTw  
Wavelength: 0.63 Eo {1y  
Refractive index: 1.5+0i /R(U>pZ  
Angle Initial: -90.0 1!;"bHpk  
Angle Final: 90.0 R5NRCI  
Number of Steps: 721 >|_gT%]5  
Distance: 100, 000*wavelength zfjDb  
Intensity vN0L(B  
\9>g;qPg}  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 .}$`+h8WT  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 L^5&GcHP0