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cst表面等离子极化激元spp -和记娱乐怡情博娱188

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-10-07 | 6 次浏览 | 分享到:

cst表面等离子极化激元spp发生在金属-介质的表面,所以其实金属或介质都可作为波导的核心。这期我们看一下硅波导在金属基底上的波导,了解等效折射率、等效模面积和传播距离。

 

用模板,我们关注一个波长1550nm,而材料库中的硅不包括该波长,所以我们可以从网络上获取硅的材料属性,下载csv数据,然后cst中的宏读取该材料:

 

 

 

                           

  https://refractiveindex.info/

 

 

 

 

 

 

添加铝金属。画一个二维的金属基底:

 

 

 

移动wcs,画一个硅的波导核心,初始高度和宽度可用300nm。

 

 

 

 

 

 

z  方向空气增加1600背景距离,边界都是open。

 

 

 

y方向两个波导端口:

 

 

 

 

 

选择端口的面,添加face方便我们做场积分:

 

 

 

1.    等效折射率(effective refractive index)

材料的折射率n是反映该材料中波数的增加情况,也就是说材料中的电场波数是真空中的n倍;而等效折射率和截面设计与所用材料有关,更与频率模式有关,所以也叫模态指数(modal index)。


 

等效折射率很容易获得,直接用后处理模板自动从波导端口的模态结果中提取即可:

 

 

 

这个模板获得的数据类型是m1dc,可转换成0d数据:

 

 

 

2.    等效模面积(effective mode area)

光纤和一些波导中的模式是平滑过渡的,所以等效的模式面积不容易直接获取。我们可用公式手动后处理计算:


 

 

这里i是光强(optical intensity),单位是功率每单位面积,所以我们可以用功率流监视器的结果获取。查看功率密度,这里的正负表示的是方向,蓝色表示能量垂直进入。注意我们要用的是这个垂直分量(normal)

 

 

 

 

 

计算i^2:

 

 

计算i^2积分:

 

 

 

计算i积分:

 

 

 

最后放一起,单位是um^2, 数据类型已经是0d:

 

 

3.    传播长度(propagation length)

spp沿途被金属损耗,传播长度是指强度(功率)衰减1/e倍时的长度,公式是:

 

 

 

从端口信息中提取alpha衰减系数:

 

 

 

输入公式,结果单位是um:

 

 

 

 

这样三个数据都在后处理里面了,都是0d结果。这样再做参数扫描就可以直接获得随参数变化的曲线,尤其是模面积,用到三维功率场,所以要定义好才能参数扫描。

 

 

 

 

扫描硅波导的宽和高:

 

 

 

扫描结束后,自动全选全部run id,选择结果后,调整0d曲线参数显示方式:

 

 

 

 

 

也可用后处理调整0d结果曲线,比如传播长度对w的曲线(h=150):

 

 

 

这样我们就得到三个图,九条线:

 

 

 

 

 

 

 

 

感兴趣的也可以把波导拉长,看看实际效果:

 

spp模式:

 

 

 

功率衰减:

 

 

 

 

 

参考:alexey v.krasavin and anatoly v. zayats, "silicon-based plasmonic waveguides,"opt. express 18, 11791-11799 (2010)

 

小结:

1.    本案例介绍了3个kpi,等效折射率、等效模面积和传播距离。

2.    后处理手动输入公式可以做非常多的事情。

3.    可从网上获取光频材料数据导入cst中。

 

(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)

 

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