[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： <I%9O:R  
•使用VB脚本生成光栅（或周期性）布局。 H'GYJ ?U"  
•光栅布局模拟和后处理分析 YATdGLTeq  
布局layout _=*tDa  
我们将模拟如图1所示的二维光栅布局。 iQ{&&>V%  
GP[r^Z  
JD{MdhhV  
用VB脚本定义一个2D光栅布局 ,ANK3n\  
4JZHjf0M6  
步骤： Kxl,] |e>  
1 通过在文件菜单中选择“New”，启动一个新项目。 R=?po=  
2 在“Wafer Properties”对话框中设置以下参数 {rvbo1t  
Wafer Dimensions： U\Ar*b)/T  
Length (mm): 8.5 #>:(#^Uu  
Width (mm): 3.0 yD"
0=\  
7ITl3>  
2D wafer properties: ^~6]0$yJ  
Wafer refractive index: Air x]R(
twi  
3 点击 Profiles 与 Materials. _0W;)v  
jfY{z=*]u  
在“Materials”中加入以下材料： @\T;PTD-  
Name: N=1.5 J/x@$'  
Refractive index (Re:): 1.5 HD:%
Yv  
^5^}MB%  
Name: N=3.14 {y^|ET7  
Refractive index (Re:): 3.14 t+ S
~u^  
hyO
m9WU  
4.在“Profile”中定义以下轮廓： =`1m-   
Name: ChannelPro_n=3.14 j|&DP-@g/  
2D profile definition, Material: n=3.14 WR a+zii,  
{x|kg;  
Name: ChannelPro_n=1.5 =\Vu=I  
2D profile definition, Material: n=1.5 O5^J!(.O\Z  
(H8C\%g:  
6．画出以下波导结构： L8dU(P  
a. Linear waveguide 1 IypWVr  
Label: linear1 m(Y.X=E
Zr  
Start Horizontal offset: 0.0 o'eI(@{F=  
Start vertical offset: -0.75 !2Y!jz  
End Horizontal offset: 8.5 {,Bb"0 \  
End vertical offset: -0.75 _3.G\/>[K  
Channel Thickness Tapering: Use Default NuD[-;N]  
Width: 1.5 0F+zG)G"  
Depth: 0.0 mLg{6qm(q  
Profile: ChannelPro_n=1.5 B [+(r  
Eq=wdI  
b. Linear waveguide 2 p?V?nCv1O  
Label: linear2 3ximNQ}S  
Start Horizontal offset: 0.5 Q54r?|'V  
Start vertical offset: 0.05 5 o#<`_=J  
End Horizontal offset: 1.0 Uvh~B^6  
End vertical offset: 0.05 +5HnZ?E\  
Channel Thickness Tapering: Use Default 4bi NGl~  
Width: 0.1 qX5yN| A4  
Depth: 0.0 ou'~{-_xd  
Profile: ChannelPro_n=3.14 F!gNt<fZ  
3I"NI.>*  
7.加入水平平面波： c~^CKgr~R9  
Continuous Wave Wavelength: 0.63 General: 6 u-$  
Input field Transverse: Rectangular `ke3+%uj o  
X Position: 0.5 hIuMHq7h  
Direction: Negative Direction 2mqK3-c  
Label: InputPlane1 /2;dH]o0  
2D Transverse: WR/o @$/  
Center Position: 4.5 1~2R^#rm  
Half width: 5.0 &~~aAg  
Titlitng Angle: 45 #wenX$UTh3  
Effective Refractive Index: Local Amplitude: 1.0 bmOqeUgB  
76-jMcGi  
Vi|7%!j<  
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。 S]&8St  
将Linear2代码段修改如下: b!0DH[XKV  
Dim Linear2 /gz:zThf{  
for m=1 to 8 0#oBXu  
Set Linear2 = WGMgr.CreateObj ( "WGLinear", "Linear2"+Cstr(m) ) (j' {~FB  
Linear2.SetPosition 0.5+(m-1)*1.0, 0.05, 1+(m-1)*1.0, 0.05 E6Q]A~  
Linear2.SetAttr "WidthExpr", "0.1" /!GKh5|  
Linear2.SetAttr "Depth", "0"
7]Al*)  
Linear2.SetAttr "StartThickness", "0.000000" l{Jt sI  
Linear2.SetAttr "EndThickness", "0.000000" ]~-*hOcQ4  
Linear2.SetProfileName "ChannelPro_n=3.14"
nbI=r+  
Linear2.SetDefaultThicknessTaperMode True 5@P%iBA4(3  
kE/`n],1U  
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。 AF^T~?t  
^GMJ~
[]  
|3}5:k  
设置仿真参数 <B6[i*&  
1. 在Simulation菜单下选择“2D simulation parameters…”，将出现仿真参数对话框 01udlW.  
2. 在仿真参数对话框中，设置以下参数： "8N"Udu  
TE simulation ]3*P:$Rq  
Mesh Delta X: 0.015 `SV"ElRV  
Mesh Delta Z: 0.015 QR<`pmB~y  
Time Step Size: Auto Run for 1000 Time steps 1O |V=K  
设置边界条件设置X和Z边为各向异性PML边界条件。 .K IVf8)"  
Number of Anisotropic PML layers: 15 LA-_3UJx  
        其它参数保持默认 y 'OlQ2U  
运行仿真 }N3V
5cab  
• 在仿真参数中点击Run按钮，启动仿真 v:KX9A.  
• 在分析仪中，可以观察到各场分量的时域响应 zJ9v%.e  
• 仿真完成后，点击“Yes”，启动分析仪。 bpCNho$  
E&*: jDg  
远场分析衍射波 ![ZmV  
1. 在OptiFDTD Analyzer中，在工具窗口中选择“Crosscut Viewer” XCDSmZ  
2. 选择“Definition of the Cross Cut”为z方向 LP:nba:  
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 No) m/17y  
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) nH@(Y&S  
>1 @Ltvm  
mN;+TN'?{  
5. 在远场对话框，设置以下参数： [C1 LT2a  
Wavelength: 0.63 Ekv89swl`i  
Refractive index: 1.5+0i c-kA^z{f  
Angle Initial: -90.0 $;2)s}ci  
Angle Final: 90.0 \m4T3fy  
Number of Steps: 721 ~-TOsRvxR  
Distance: 100, 000*wavelength z}ElpT[(;  
Intensity z{:-!oF&CB  
%}q.cV  
6. 点击“计算”按钮开始计算，并将结果保存为 Farfield.ffp。 %KtU1A(["  
7. 启动“Opti 2D Viewer”并加载Farfield.ffp。远场如图5所示。 B0d%c&N${