cst光频的传输线——反射率，透射率，吸收率仿真-博天堂登陆

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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