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cst光频的传输线——反射率,透射率,吸收率仿真-和记娱乐怡情博娱188

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-10-02 | 33 次浏览 | 分享到:

这一期我们一起看一下cst自带案例之一,光频的传输线。这个模型是全参数化模型,比较简单,用户也可以自己导入gdsii格式的结构,另外三个搜到的模型也是类似应用,都是光子集成电路pic的基本组成部分。

step 1. componentlibrary 中搜soi,然后选straightsection模型。


 


先看结构和材料。中心核心传输线,材料为硅,silicon (optical ir),适用于红外线,来自材料拓展包materials1.0, 没有的用户可以去达索系统的 support 网站搜“cst materials library extension” 下载。


 


下基质和上覆层均为二氧化硅,silicon dioxide (optical),同样源于材料拓展包。硅的介电常数比二氧化硅高很多,用户可以比较其epsilon色散曲线的高低。这也就直接导致光波被限制在硅核心中传播,也就是光波导。


 


这里多查看一下硅材料的色散,可以看到目前拟合的仿真频段考虑色散。材料色散不是一定需要考虑的,因为对光脉冲传播的影响通常较小。但是求解器支持宽频的色散材料和波导的色散特性是很重要的。


 


再看边界和求解器,边界全是open,y和z 方向背景各延伸一点参数化的距离,x方向端口和结构紧贴边界。xz中心平面为电平面对称。


 


仿真波长范围是1.5-1.6um,适用于光通信的c-band (1530nm – 1565nm)。由于结构尺寸为5um长,硅又是高介电,此结构为电大尺寸,求解器推荐时域t-solver,当然f-solver也可。


 


由于波导端口看到硅和二氧化硅两种材料,属于非qtem波导,有色散属性,t-solver的specials推荐用generalized (mode tracking) 的模追踪来处理端口。


 


端口为默认波导端口, 激励模式为1. 当然可以增加激励模式,观察端口的色散。(色散的具体观察方法,我们另外写文章说明)


 

 

step 2. 开始仿真

 

然后直接开始仿真,由于有一个电场监视器定义在波长1550nm,下面图即为电场传播结果,结果是abs,所以不到10个波长。


 

 

step 3. 后处理

 

本案例重点是三个后处理,都在optical类别,如果用户是用的optical光学模板的话,这些后处理是可以自动生成的。


 


第一个,convert all 1d results from frequency to wavelength, 将所有的1d结果横坐标由频率改为波长。


 

 


s参数也符合预期,s21较大,s11很小,传输效果好,如下图:


 


第二个, calculate effective refractive index for waveguide modes, 计算等效折射率,直接运行,无需设置。


 


这里可以看到群折射率(4.1左右)比等效折射率(2.3左右)高,说明群速度小于相速度。


 

 


这里折射率和群折射率定义如下,也说明了群速度一直小于相速度。这些是我们分析光传播特性的重要参数,可以影响我们对要不要考虑材料色散和端口色散的决定。


 


第三个,calculate reflectance – transmittance – absorbance, 计算反射率、透射率和吸收率,这个也是我们重点关注的结果。


 

 

 

反射率r11= |s11|^2

透射率t21=|s21|^2

吸收率a1=1-|s11|^2-|s21|^2

均可用mix template再计算验证,这里我们只验证一下反射率:

 

 

 

(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)

 

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