透射譜
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2022-03-05
透射譜的實例教程
圖2 仿真模型設置參數
圖3 模擬光譜圖及模式階次
經之前講述的掃描過程仿真出來的是透射譜曲線，如圖3所示，其中縱坐標表示損耗功率（使用Rsoft將各光纖光柵周期仿出來的透射譜數據在數據處理軟件上處理后，可以得到各周期透射譜曲線圖，不同諧振波長所對應的模式也已標注上）如果要觀察到某一位置處的光場分布如圖4所示，具體要將最后的展示output設置為XY視角,同時在field output format和far field output設置為Amp、Phase 和 intensivity。
圖4 模式光場分布圖
在光纖光柵中，纖芯中的光傳播時，能量會向包層發生泄露，如圖5所示。這是通過simulation（紅綠燈），配置光源后運行得到的。詳細步驟在之前的教程中有所談及。
圖.5 單波長下結構能量分布圖
由上圖可知在LPFG傳輸過程中，如果觀測到波長滿足相位匹配條件時候足夠大時，不同包層模式能量與纖芯模式能量發生耦合作用。由于不同位置處能量的逐漸衰減擴散，導致更多的高階模式能量被激發，并彼此發生耦合（次要）與纖芯模能量發生耦合（主要）作用，進而使得光的能量大幅的衰減。
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展開 圖2：物理場設置
利用端口進行設置，有利于后期我們對透射率和反射率的計算，通常也就是我們所說的光譜。端口的類型我們一般選擇數值類型，并且入射端口我們選擇為開放，端口2為閉合。邊界類型需要在兩端設置完美匹配層和散射邊界，用來吸收反射或者散射波。
接下來就是網格的剖分，對于這種規整的幾何構型，我們一般選擇四邊形網格，如圖3所示，我們對每一邊界進行網格的劃分。
圖3：網格的劃分
最后一步就是對研究進行設置，一般用到邊界模式，如4圖就是對研究進行設置。
圖4：研究設置
為了后期得到掃描的透射譜，我們可以根據自己的需要對波長進行參數化掃描。下面是我的一個模擬成果。
圖5：光場分布圖
從上圖可以看出多模光纖的自成像效應，說明這個模擬結果是正確的。經過掃描我們可以得到透射譜，如圖6所示。
圖6：SMS結構的透射光譜
親們還可以對幾何參數進行優化，以便得到更好的透射譜。好啦，以上就是我的個人心得，感興趣的伙伴可以與我一起討論。
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展開 圖2 縱向功率分布圖
通過掃描多個波長的縱向功率分布，最后可以得出1560~1650nm波長范圍干涉儀的透射光譜，仿真得到透射光譜如圖3所示，從圖中可以看出透射譜有明顯的干涉峰，可以作為傳感的參考點。當外界環境或者光線自身發生微小變化時參考峰發生移動，從而實現傳感。
圖3 透射光譜
最后對模型進行優化，可以改變偏移量、長度、光線類型等，最后求出合適的模型結構，提高靈敏度。如圖4是將偏芯光纖長度縮短為一半仿真出的透射譜，偏芯長度越短，自由光譜范圍約小。
圖4 優化后的透射光譜
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展開 圖1：金屬開口環超表面
圖2：手性透射譜
在CST仿真中我們選擇頻域求解器，介質板介電常數為2.2，損耗正切角設為0.009，金屬選擇銅。具體參數設置如下圖所示：
圖3：建模
圖4：介質板參數設置
邊界條件選為unit cell，如下圖所示，z方向設為open/open add space都可。布洛赫波這里選取兩個模式LCP和RCP，如下圖所示。注意：選取unit cell邊界條件后會自動生成端口，無需再添加。Zmax對應上端口，zmin對應下端口。在邊界條件中設置入射角度為theta。計算之后可以得到LCP和RCP入射下的S參數
圖4：邊界條件設置
圖4：激勵條件和入射角度設置
圖5：計算的手性透射譜
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展開 當打破結構對稱性后會產生一個高Q的準BIC，反射譜上表現為一個尖銳的Fano共振。我們關注第一個共振模式。
圖1：四聚體超表面
圖2：透射譜以及Fano擬合
第一個共振模式是一個磁偶極子模式，簡稱MD，文中進行了多級散射展開，MD的分量占主導，從場分布中也可以看到一個明顯的磁偶極子模式，如下圖所示。
圖3：文中共振模式1的多級展開和場分布
圖3：周期性邊界條件設置
在COMSOL中選擇波長域進行仿真，材料設為硅，折射率為3.42。上下添加完美匹配層，x和y方向采用周期性邊界條件，如下圖所示。并且在上表面添加入射端口，由于文章是TM波入射，因此，電場沿x方向，端口具體設置如下。
圖4：建模以及邊界條件設置
圖5：入射端口設置
在結構上添加積分算子方便進一步計算不同偶極矩對散射能量具體計算公式可參考呢文中補充材料，不同文獻公式會略有不同，但大同小異，不影響定性分析。最后計算得到透射譜線和多級散射能量分布。
圖6：多級散射能量積分計算
圖7：透射譜以及多級散射
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透射譜的最新內容
圖6：多級散射能量積分計算
圖7：透射譜以及多級散射
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計算之后可以得到LCP和RCP入射下的S參數
圖4：邊界條件設置
圖4：激勵條件和入射角度設置
圖5：計算的手性透射譜
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首先來看兩種旋性的透射譜，在歸一化波長為4的位置出現了極強的手性共振。
同樣，反射譜也具有同樣的性質
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圖4：研究設置
為了后期得到掃描的透射譜，我們可以根據自己的需要對波長進行參數化掃描。下面是我的一個模擬成果。
圖5：光場分布圖
從上圖可以看出多模光纖的自成像效應，說明這個模擬結果是正確的。經過掃描我們可以得到透射譜，如圖6所示。
圖6：SMS結構的透射光譜
親們還可以對幾何參數進行優化，以便得到更好的透射譜。
因此，透射場的角譜同樣存在沿x方向和y方向的不同調制。
如圖4是將偏芯光纖長度縮短為一半仿真出的透射譜，偏芯長度越短，自由光譜范圍約小。
圖4 優化后的透射光譜
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上下AZO層厚度不同時在550 nm波長下的透射率譜
總結：周期性邊界條件的設定可為特殊結構制定合適的計算策略，可大大降低模型仿真對計算機內存的要求，縮減計算時間，提高計算效率，尤其是對需要大量參數化掃描結構計算的情形。
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在物理場中設置周期性邊界條件：
在周期邊界上設置一致的網格點，以提高數值穩定性：
仿真得到的一維聲子晶體能帶圖：
對于實際的準周期性模型，可以計算透射譜，以驗證聲子晶體能帶中存在的禁帶現象：
上圖可以明顯看到頻率對透射率的影響。特定的頻率下，聲波很難從一端傳播到另一端，就是對應的能帶圖中所謂的禁帶。
圖2 仿真模型設置參數
圖3 模擬光譜圖及模式階次
經之前講述的掃描過程仿真出來的是透射譜曲線，如圖3所示，其中縱坐標表示損耗功率（使用Rsoft將各光纖光柵周期仿出來的透射譜數據在數據處理軟件上處理后，可以得到各周期透射譜曲線圖，不同諧振波長所對應的模式也已標注上）如果要觀察到某一位置處的光場分布如圖4所示，具體要將最后的展示output設置為XY視角,同時在field output
b)平均晶粒尺寸為187 nm的樣品通過光纖的透射譜。在低功率下測量的透射率，即在沒有加熱腔體的情況下測量的透射率，如藍色軌跡所示。紅跡顯示在較高激光功率(5 MW)下腔的加熱，第一個光學共振熱移到更長的波長。
