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Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用

發(fā)布日期:
2023-04-06

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01 說明


FDE求解器可用于精確計算任意復雜結構的模式,包括光子晶體布拉格光纖。在此示例中,我們計算并分析了Vienne和Uranus描述的光子晶體布拉格光纖的模式。



Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用



02 綜述


模擬文件bragg_PCfiber.lms包含一個參數(shù)化組對象,可以進行結構建模。一開始,在x-min和y-min處使用反對稱邊界條件以及在x-max和y-max處使用金屬邊界條件設置模擬。反對稱邊界條件允許我們僅模擬1/4的結構,從而節(jié)省時間。但是,我們必須注意不要漏掉可能需要對稱條件或對稱和反對稱條件的組合的重要模式。



03 運行和結果


首先,我們運行仿真并切換到分析模式。我們看到其中一種導模的有效折射率約為0.998。下面是圓柱坐標系中的Hr圖。



Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用




要研究此類結構的損耗,需要在x-max和y-max處的邊界條件設置為PML,如下所示。我們一開始沒有這樣做,因為它會增加計算時間,并且會更難找到導模的有效折射率。當我們重新計算模式時,我們可以查看折射率0.998附近并發(fā)現(xiàn)不同的模式。


Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用

Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用




軟件會計算出將近20種模式。上圖顯示了磁場的徑向和角分量,可以與Uranus等人的結果進行比較,我們將有效折射率和損耗與Uranus等人的結果進行比較。


Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用


MODE有效折射率結果與Uranus等人的結果非常接近。對于這種對數(shù)值網(wǎng)格的微小變化(以及實際制造缺陷)非常敏感的結構,計算損耗則更加困難,并且需要進行一些收斂測試才能找到更準確的結果。



收斂測試

我們首先將感興趣的兩種模式復制到全局DECK中,并將它們重命名為TE和HE,如下所示。



Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用



現(xiàn)在可以通過運行優(yōu)化和掃描來測試收斂性。掃描通過增加網(wǎng)格數(shù)目來多次計算模態(tài)。在每一步,它都會計算一遍模式,然后將與我們已經存儲在DECK中的模式具有理想重疊的模式識別為和模。然后,記錄這些模式的有效折射率和損耗,作為所使用的網(wǎng)格數(shù)目的函數(shù)。


結果如下所示,可以在Visualizer中繪制。


Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用


我們看到,當我們達到500x500網(wǎng)格數(shù)目時,有效折射率開始收斂,但需要更多的網(wǎng)格數(shù)目才能獲得更高的精度。根據(jù)計算機上的內存量,可以將測試的較大單元數(shù)增加到 600x600或更多。損耗隨著網(wǎng)格單元數(shù)增加而變化,但也開始在500x500網(wǎng)格數(shù)目下收斂。同樣,可能需要進一步增加網(wǎng)格單元的較大數(shù)量以獲得更準確的理想結果。500x500網(wǎng)格單元的結果是:



Lumerical光子晶體布拉格光纖仿真應用


有效折射率的一致性非常好,損失正在向Uranus等人的結果收斂。


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