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    [分享]Ansys Lumerical | 针对多模干涉耦合器的仿真设计与优化 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-08-10
    说明 G,&<<2{(f;  
    本示例演示通过1×2端口多模干涉(MMI)耦合器计算宽带传输和光损耗,并使用S参数在 INTERCONNECT 中创建 MMI 的紧凑模型(联系我们获取文章附件) ;v}GJ<3  
    v [wb~uw\  
    -o ^7r@6  
    综述 5bRJS70M  
    |XaIx#n  
    qzYwt]GNS  
    低损耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光调制器的基本组件,是集成电路的关键组成部分。通过在输入和输出波导处使用 taper 以确保输入和输出波导的模式与干涉区域之间的良好匹配,可以将损耗降至最低。EME 求解器非常适合表征这些器件,本例中的器件针对TE模式进行了优化,但该方法可以扩展到任何设计和极化。
    G?L HmTHg  
    运行和结果 R3 -n>V5o  
    第1步:优化 MMI 几何结构 x>**;#7)  
    使用EME运行一系列参数扫描以优化 MMI 性能。 |U:k,YH  
    · 模式收敛扫描 E-T)*`e  
    确保每个单元格中的模式数量足以给出准确的结果,模式收敛扫描是确保仿真结果可靠的重要部分,应作为 EME 仿真文件初始设置的一部分来完成。下图显示输出端口的传输结果收敛于约15种模式,稍大的值用于确保模式数量足以满足本示例中使用的其他扫描(如波长、纤芯长度和锥形宽度)。右图为从 field_profile 监视器获得的电场强度。 ih58 <Up5  
    Z+*9#!?J  
    $njUXSQ;  
    AHD=<7Rs  
    · 波长扫描 , Rk9N  
    EME 是一种单频求解器,参数扫描是获得宽频结果所必需的。将波长扫描设置为1.5~1.6 µm,具有100个波长点,按波长扫描。波长扫描选项卡返回S矩阵,然后可以根据S矩阵的S21元素计算从端口1通过端口2的基本TE模式传输。下图显示了使用EME分析窗口中的波长扫描功能获得的1.1 µm taper 宽度的 MMI 传输与波长的函数关系 。 \o z#l'z  
    w#ZoZZ wh  
    |UkR'Ma  
    · 纤芯长度扫描 wg9t)1k{e  
    确定纤芯的最佳长度。涉及改变区域长度的扫描非常适合EME求解器,因为几乎可以立即获得结果,下图显示了作为纤芯长度函数的传输。从图中可以看出,最大传输发生在~37 µm的纤芯长度处。 +5w))9@  
    n<Z({\9&H  
    4GkWRu1  
    · taper宽度扫描 ]&o$b]  
    确定taper区域的最佳宽度,在“Optimizations and Sweeps”窗口中,设置参数扫描任务,将结构组的宽度属性扫描在0.4μm~1.1μm之间,并收集S矩阵。脚本文件用于运行此参数扫描并收集S矩阵结果。然后将从S矩阵的S21元素获得的值平方,以提供通过两个输出端口的传输,结果绘制如下。 )1]ZtU  
    3U<cWl@  
    V pE*(i$  
    第 2 步:S参数提取 Ansk,$  
    找到最佳设计后,提取S参数作为每个感兴趣模式的波长函数。MMI_write_s_params.lsf 脚本文件提取 1×2 MMI 耦合器的s参数(作为TE和TM模式波长的函数)并将它们保存到文件 MMI-s-params.txt 中。 2] z 8: a  
    下图显示了TE和TM模式到输出端口之一的传输,正如预期的那样,TE模式性能更好,因为该设备是为TE模式设计的。 >@U*~Nz  
    @3>u@  
    !44/sr'  
    {0[tNth'h  
    T`9lV2x*P  
    'F/~o1\.  
    _'#n6^Us<  
    第 3 步:INTERCONNECT 中的电路仿真 KN^=i5K+Y  
    使用光学n端口S参数(SPAR)元素在 INTERCONNECT 中创建一个紧凑模型,并将第2步得到的数据导入。通过重现上一步中获得的传输曲线来验证 MMI 紧凑模型。该图显示了两种偏振的传输。 T.])diuvj-  
    T(#J_Y  
     
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