[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： eb\SpdM6  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 iv *$!\Cd  
•光栅布局模拟和后处理分析 @NRN#~S,_]  
布局layout w>^(w<~Y  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 K!&W}_@l  
lTMY|{9  
v-3VzAd=*&  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 .s*N1 U?h  
?o;ip  
步骤： uv/\1N;V3  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 bt)C+|i  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 : "|/  
Wafer Dimensions： *O~y6|U?  
Length (mm): 8.5 <.n,:ir  
Width (mm): 3.0 OA&'T*)-A6  
F~ 5,-atDM  
2D wafer properties: vu*e*b$}  
Wafer refractive index: Air &<98nT  
3 点击 Profiles 与 Materials.
"@eGg
Q  
<@;}q^`  
在“Materials”中加入以下材料： vF$( Y/  
Name: N=1.5 Gg'!(]v  
Refractive index (Re:): 1.5
;um)JCXz  
7! >0  
Name: N=3.14 .Q!d[vL  
Refractive index (Re:): 3.14 HqW /  
M\m:H3[  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： *gwlW/%Fz  
Name: ChannelPro_n=3.14 $C7a#?YF,  
2D profile definition, Material: n=3.14 ,6;n[p"h|r  
RQQ'Wg  
Name: ChannelPro_n=1.5 DlUKhbo$g  
2D profile definition, Material: n=1.5 O3o^%0  
{k3ItGQ_  
6．画出以下波导结构： mBErU6?X,A  
a. Linear waveguide 1 f-|?He4O]  
Label: linear1 UF!qp  
Start Horizontal offset: 0.0 @@oJ@;  
Start vertical offset: -0.75 {O2=K#J  
End Horizontal offset: 8.5 =Q(J!f  
End vertical offset: -0.75 i|1*bZ6'  
Channel Thickness Tapering: Use Default *0>`XK$mWo  
Width: 1.5 /Yy)=~t{  
Depth: 0.0 (a_bU5)  
Profile: ChannelPro_n=1.5 -4Hb]#*2  
?4R%z([X7  
b. Linear waveguide 2 Fa>f'VXx  
Label: linear2 'Eur[~k  
Start Horizontal offset: 0.5 ; R+>}6  
Start vertical offset: 0.05 T&'Jc  
End Horizontal offset: 1.0 <(jk}wa<  
End vertical offset: 0.05 ck{S  
Channel Thickness Tapering: Use Default v-z%3x.f  
Width: 0.1 EN2t}rua  
Depth: 0.0 Pj

s=n7  
Profile: ChannelPro_n=3.14 i`gM> q&  
6NX#=A  
7.加入水平平面波： (BLxK)0<"  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: / rc[HbNg.  
Input field Transverse: Rectangular %cSx`^`6j  
X Position: 0.5 y{@\8B]  
Direction: Negative Direction ?0t^7HMP  
Label: InputPlane1 c},pu[nL  
2D Transverse: (Y)2[j  
Center Position: 4.5 Q)0KYKD+@  
Half width: 5.0 nnj<k5  
Titlitng Angle: 45 S9l,P-X`  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 s<{ Hu0K$  
$$m0mK
  
YYn8!FIe  
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。 **h4M2'C  
将Linear2代码段修改如下: Qa_V
 
Dim Linear2 _!o8s%9be  
for m=1 to 8 +u Iq]tqe  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) eI$V2  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 0fewMS*  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" BjfVNF;hk:  
Linear2.SetAttr "Depth", "0" wU+r]SK@  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" ~".@mubt1$  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" .1[.f}g$J  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14" D:Q#%wJ  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True ,)[9RgsE  
U&#` <R_0  
点击“Test Script”快捷工具栏运行修改后的VB脚本代码。生成光栅布局，布局如图3所示。 <Ja&z M  
h}@wPP{  
f/J/tt  
设置仿真参数 qhY+<S9  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 OCrTzz8  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： hP+4{F*}-  
TE simulation INr1bAe$  
Mesh Delta X: 0.015 M]PZwW8  
Mesh Delta Z: 0.015 yo#r^iAr  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps $Lj]NtO  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 /.0K#J:  
Number of Anisotropic PML layers: 15 o08g]a  
        其它参数保持默认 2%WeB/)9  
运行仿真 'l^Bb#)"  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 ! :]_-DX  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 ,}IcQu'O  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 iKaX8c,zI  
ch8VJ^%Ra1  
远场分析衍射波 ,pD sU@  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” 0FcDO5ia  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 ="$w8iRU  
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 ,CyX*k8o  
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) <CVX[R]U  
mj'~-$5T  
5&s6(?,Eu  
5. 在远场对话框，设置以下参数：  <)TIj6  
Wavelength: 0.63 ( 3B1X  
Refractive index: 1.5+0i 5Hu[*  
Angle Initial: -90.0 #`3Q4  
Angle Final: 90.0 X&zGgP/  
Number of Steps: 721 ~JT2el2W7p  
Distance: 100, 000*wavelength )L9eLxI  
Intensity fsjLD|?|:  
+1T>Ob;hk  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 w0g@ <( 3  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 8j>V?'Szk