CST自帶案例：光頻的傳輸線的反射率，透射率，吸收率仿真
這一期我們一起看一下CST自帶案例之一，光頻的傳輸線。這個(gè)模型是全參數(shù)化模型，比較簡(jiǎn)單，用戶也可以自己導(dǎo)入GDSII格式的結(jié)構(gòu)，另外三個(gè)搜到的模型也是類似應(yīng)用，都是光子集成電路PIC的基本組成部分。
Step 1. ComponentLibrary 中搜SOI，然后選StraightSection模型。
先看結(jié)構(gòu)和材料。中心核心傳輸線，材料為硅，Silicon (optical IR)，適用于紅外線，來(lái)自材料拓展包Materials1.0, 沒(méi)有的用戶可以去達(dá)索系統(tǒng)的 Support 網(wǎng)站搜“CST Materials Library Extension” 下載。
下基質(zhì)和上覆層均為二氧化硅，Silicon Dioxide (optical)，同樣源于材料拓展包。硅的介電常數(shù)比二氧化硅高很多，用戶可以比較其epsilon色散曲線的高低。這也就直接導(dǎo)致光波被限制在硅核心中傳播，也就是光波導(dǎo)。
這里多查看一下硅材料的色散，可以看到目前擬合的仿真頻段考慮色散。材料色散不是一定需要考慮的，因?yàn)閷?duì)光脈沖傳播的影響通常較小。但是求解器支持寬頻的色散材料和波導(dǎo)的色散特性是很重要的。
再看邊界和求解器，邊界全是open，Y和Z 方向背景各延伸一點(diǎn)參數(shù)化的距離，X方向端口和結(jié)構(gòu)緊貼邊界。XZ中心平面為電平面對(duì)稱。
仿真波長(zhǎng)范圍是1.5-1.6um，適用于光通信的C-band （1530nm – 1565nm）。由于結(jié)構(gòu)尺寸為5um長(zhǎng)，硅又是高介電，此結(jié)構(gòu)為電大尺寸，求解器推薦時(shí)域T-solver，當(dāng)然F-solver也可。
由于波導(dǎo)端口看到硅和二氧化硅兩種材料，屬于非QTEM波導(dǎo)，有色散屬性，T-solver的Specials推薦用Generalized (mode tracking) 的模追蹤來(lái)處理端口。
端口為默認(rèn)波導(dǎo)端口, 激勵(lì)模式為1. 當(dāng)然可以增加激勵(lì)模式，觀察端口的色散。（色散的具體觀察方法，我們另外寫文章說(shuō)明）
Step 2. 開(kāi)始仿真
然后直接開(kāi)始仿真，由于有一個(gè)電場(chǎng)監(jiān)視器定義在波長(zhǎng)1550nm，下面圖即為電場(chǎng)傳播結(jié)果，結(jié)果是abs，所以不到10個(gè)波長(zhǎng)。
Step 3. 后處理
本案例重點(diǎn)是三個(gè)后處理，都在Optical類別，如果用戶是用的Optical光學(xué)模板的話，這些后處理是可以自動(dòng)生成的。
第一個(gè)，Convert all 1D Results from Frequency To Wavelength, 將所有的1D結(jié)果橫坐標(biāo)由頻率改為波長(zhǎng)。
S參數(shù)也符合預(yù)期，S21較大，S11很小，傳輸效果好，如下圖：
第二個(gè), Calculate Effective Refractive Index for Waveguide Modes, 計(jì)算等效折射率，直接運(yùn)行，無(wú)需設(shè)置。
這里可以看到群折射率（4.1左右）比等效折射率（2.3左右）高，說(shuō)明群速度小于相速度。
這里折射率和群折射率定義如下，也說(shuō)明了群速度一直小于相速度。這些是我們分析光傳播特性的重要參數(shù)，可以影響我們對(duì)要不要考慮材料色散和端口色散的決定。
第三個(gè)，Calculate Reflectance – Transmittance – Absorbance, 計(jì)算反射率、透射率和吸收率，這個(gè)也是我們重點(diǎn)關(guān)注的結(jié)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再計(jì)算驗(yàn)證，這里我們只驗(yàn)證一下反射率：
