光學(xué)環(huán)形波導(dǎo)諧振腔
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光學(xué)環(huán)形波導(dǎo)諧振腔的實(shí)例教程
三圓環(huán) 波導(dǎo)諧振.rar
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最簡(jiǎn)單的光環(huán)諧振器由直波導(dǎo)和環(huán)形波導(dǎo)組成。波導(dǎo)互相靠近放置，使得光在兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間相互影響。如果環(huán)周圍的傳播長(zhǎng)度是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，則場(chǎng)發(fā)生諧振，并在環(huán)中形成一個(gè)強(qiáng)場(chǎng)。
一部分光在環(huán)形波導(dǎo)周圍傳播后，重新與直波導(dǎo)耦合，并干涉入射光。在諧振時(shí)，可以獲得完全相消干涉，而沒(méi)有透射光，使得光環(huán)諧振器成為理想陷波濾波器，阻止諧振波長(zhǎng)的光。
光環(huán)諧振器是光子集成電路中具有研究?jī)r(jià)值的構(gòu)件。由于在硅光子等集成電路中具有高折射率對(duì)比度，因此可以制造非常小的電路。
本次模型，三環(huán)波導(dǎo)諧振腔，設(shè)置了不同的半徑R，三個(gè)圓環(huán)將在不同的三個(gè)波長(zhǎng)下出現(xiàn)諧振耦合，如下動(dòng)圖中出現(xiàn)的波峰。
模型文件在文中開(kāi)頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
展開(kāi) 本案程演示了環(huán)形諧振腔的模擬。這種類型的集成光子器件，例如用作升/降濾波器或在傳感應(yīng)用中，當(dāng)物質(zhì)或粒子附著在環(huán)上時(shí)，通過(guò)測(cè)量其共振頻率的位移來(lái)檢測(cè)：
對(duì)于集成光子電路中的無(wú)源光器件，s矩陣通常是研究的熱點(diǎn)。它描述了通過(guò)端口/波導(dǎo)進(jìn)入設(shè)備的電磁場(chǎng)如何傳播到設(shè)備的所有端口。s矩陣的項(xiàng)是繼承磁場(chǎng)振幅變化和相移的復(fù)數(shù)。一個(gè)完整的器件網(wǎng)絡(luò)通常是通過(guò)計(jì)算所涉及結(jié)構(gòu)的所有s矩陣，然后求解電路的全局耦合s矩陣來(lái)簡(jiǎn)化的。
上述器件的散射模擬涉及兩個(gè)步驟。首先，計(jì)算進(jìn)入器件的波導(dǎo)模式。這些都不是像平面波源那樣的解析解，因此它們是用有限元數(shù)值方法得到的。對(duì)于二維環(huán)形諧振腔，計(jì)算了一維傳播模式(平板波導(dǎo)模式)。
在本案例中，所有進(jìn)入器件的波導(dǎo)具有相同的幾何形狀。通過(guò)環(huán)形諧振腔和兩個(gè)平行波導(dǎo)的組裝，建立二維幾何結(jié)構(gòu)：
下圖為電場(chǎng)近場(chǎng)的x分量和光強(qiáng)的對(duì)數(shù)圖：
展開(kāi) 本案程演示了環(huán)形諧振腔的模擬。這種類型的集成光子器件，例如用作升/降濾波器或在傳感應(yīng)用中，當(dāng)物質(zhì)或粒子附著在環(huán)上時(shí)，通過(guò)測(cè)量其共振頻率的位移來(lái)檢測(cè)：
對(duì)于集成光子電路中的無(wú)源光器件，s矩陣通常是研究的熱點(diǎn)。它描述了通過(guò)端口/波導(dǎo)進(jìn)入設(shè)備的電磁場(chǎng)如何傳播到設(shè)備的所有端口。s矩陣的項(xiàng)是繼承磁場(chǎng)振幅變化和相移的復(fù)數(shù)。一個(gè)完整的器件網(wǎng)絡(luò)通常是通過(guò)計(jì)算所涉及結(jié)構(gòu)的所有s矩陣，然后求解電路的全局耦合s矩陣來(lái)簡(jiǎn)化的。
上述器件的散射模擬涉及兩個(gè)步驟。首先，計(jì)算進(jìn)入器件的波導(dǎo)模式。這些都不是像平面波源那樣的解析解，因此它們是用有限元數(shù)值方法得到的。對(duì)于二維環(huán)形諧振腔，計(jì)算了一維傳播模式(平板波導(dǎo)模式)。
在本案例中，所有進(jìn)入器件的波導(dǎo)具有相同的幾何形狀。通過(guò)環(huán)形諧振腔和兩個(gè)平行波導(dǎo)的組裝，建立二維幾何結(jié)構(gòu)：
下圖為電場(chǎng)近場(chǎng)的x分量和光強(qiáng)的對(duì)數(shù)圖：
展開(kāi) [1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來(lái)說(shuō)，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來(lái)模擬感興趣的波長(zhǎng)
? 輸入場(chǎng)橫向設(shè)置為模式場(chǎng)剖面（使用模式求解器計(jì)算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對(duì)于諧振器，仿真時(shí)間應(yīng)該足夠長(zhǎng)，使時(shí)域內(nèi)的場(chǎng)在使用脈沖時(shí)衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對(duì)銀的色散進(jìn)行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計(jì)
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長(zhǎng)530 nm和820 nm的兩個(gè)峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來(lái)計(jì)算。
**Note：峰值波長(zhǎng)處的細(xì)微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
展開(kāi) [1]
?與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來(lái)說(shuō)，其傳播距離可接受。
?有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
?MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
?選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
?應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來(lái)模擬感興趣的波長(zhǎng)
?輸入場(chǎng)橫向設(shè)置為模式場(chǎng)剖面（使用模式求解器計(jì)算）
?網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
?對(duì)于諧振器，仿真時(shí)間應(yīng)該足夠長(zhǎng)，使時(shí)域內(nèi)的場(chǎng)在使用脈沖時(shí)衰減到很小的值。
?用Lorentz-Drude模型對(duì)銀的色散進(jìn)行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計(jì)
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長(zhǎng)530 nm和820 nm的兩個(gè)峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來(lái)計(jì)算。
**Note：峰值波長(zhǎng)處的細(xì)微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S.
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本案程演示了環(huán)形諧振腔的模擬。這種類型的集成光子器件，例如用作升/降濾波器或在傳感應(yīng)用中，當(dāng)物質(zhì)或粒子附著在環(huán)上時(shí)，通過(guò)測(cè)量其共振頻率的位移來(lái)檢測(cè)：
對(duì)于集成光子電路中的無(wú)源光器件，s矩陣通常是研究的熱點(diǎn)。它描述了通過(guò)端口/波導(dǎo)進(jìn)入設(shè)備的電磁場(chǎng)如何傳播到設(shè)備的所有端口。s矩陣的項(xiàng)是繼承磁場(chǎng)振幅變化和相移的復(fù)數(shù)。一個(gè)完整的器件網(wǎng)絡(luò)通常是通過(guò)計(jì)算所涉及結(jié)構(gòu)的所有s矩陣，然后求解電路的全局耦合
簡(jiǎn)介：
?表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場(chǎng)相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
?與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來(lái)說(shuō)，其傳播距離可接受。
?有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器
簡(jiǎn)介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場(chǎng)相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來(lái)說(shuō)，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel
本案程演示了環(huán)形諧振腔的模擬。這種類型的集成光子器件，例如用作升/降濾波器或在傳感應(yīng)用中，當(dāng)物質(zhì)或粒子附著在環(huán)上時(shí)，通過(guò)測(cè)量其共振頻率的位移來(lái)檢測(cè)：
對(duì)于集成光子電路中的無(wú)源光器件，s矩陣通常是研究的熱點(diǎn)。它描述了通過(guò)端口/波導(dǎo)進(jìn)入設(shè)備的電磁場(chǎng)如何傳播到設(shè)備的所有端口。s矩陣的項(xiàng)是繼承磁場(chǎng)振幅變化和相移的復(fù)數(shù)
簡(jiǎn)介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場(chǎng)相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來(lái)說(shuō)，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel
簡(jiǎn)介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場(chǎng)相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來(lái)說(shuō)，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop
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