对于同一结构利用EME与varFDTD仿真所得透射率的结果不一样,在varFDTD中出现透射率大于1的情况,请问在仿真设置中出现了什么问题。

mode

#1
您好,老师。
我正在学习如何使用varFDTD,为了检验自己的使用是否正确,于是想用EME和varFDTD仿真同一个结构,如果两者的结果一样,那么代表两者的使用都基本正确。

我选择仿真的结构类似于官网教程中的spot size converter,但是为了能够使用varFDTD,我将结构中嵌套的Si波导和包层向传播方向延长。

结构的整体描述是,在5μm的SiO2的基层上,有高度为200nm的Si波导,这一波导从左到右由400nm宽的直波导,宽度由400nm逐渐减小至200nm的taper,以及200nm宽的直波导三部分组成。在Si波导外有折射率为1.67的包层材料,仿真区域的背景折射率均为1。我要计算的是,从Si波导较粗的一端输入TE模,求在较细那一端Si波导中所得TE模的耦合效率。
一、利用EME计算
利用EME计算时,直波导部分设置为一个cell,taper部分设置为19个cell,EME中两个port的模式均设置为fundamental TE mode,运行仿真后查看S参数所得结果为

二、利用varFDTD计算
利用varFDTD计算时,设置Slab mode position在Si波导处,偏振Polarization设置为E Mode (TE)。在入射直波导放置了一个Mode Source并设置mode selection为fundamental mode,在出射直波导处放置了Frequency-domain field and power和Mode expansion监视器,设置Mode expansion监视器中展开模(mode selection)为fundamental mode。运行仿真后,查看Mode expansion监视器中的T_forward,结果是

三、问题
毫无疑问利用varFDTD所得到透射率结果是错的,我反复查看了论坛中关于varFDTD的帖子以及相关的例程,都不知道我在设置仿真环境时哪里出了问题。只在运行仿真时发现Autoshutoff level在某一时刻出现了大于1的情况(如下图所示),不过仿真结束时该值在e-5次方以下,我不知道这一情况是否和仿真所得透射率大于1有内在联系。

请问老师能否帮我看看我在varFDTD或是EME的设置中出现了什么问题才导致两种方法仿真的结果不同?谢谢!

仿真文件的程序为eme vs varfdtd.lms (632.0 KB)。请老师查看,谢谢!


#2

你好!

謝謝你詳細的解釋問題。

主要問題是你這個結構應該有vertical coupling, 我在英文的post也有提到這個問題。你只要在EME加一個y-normal的monitor就可以看到。所以varFDTD會不準, 起碼vertical coupling 的部份不會考慮。所以你看到varFDTD給出的結果是比較大的。

至於第二個問題, 為何mode expansion 給出的結果會錯誤, 這應該是因為你的expansion和DFT monitor的位置不在同一個y中心點上面, 所以overlap的計算出現錯誤。現在我把他們的y中心點都定為y=0, 你會看到T_forward現在是小於1了。
eme vs varfdtd_edited.lms (608.4 KB)

我希望有解答到你的問題。我看到你在論壇上有其他的問題, 我會抽時間看看。

謝謝!