FDTD를 이용한 Single Mode 분석

mode

#1

Waveguide 폭이 100nm에서 진행하다 800nm까지 점차적으로 변하는 상황입니다.
진행하면서 Single mode가 유지되는지 알고 싶은데 DFT monitor로 볼 수 있나요?
Fundamental mode가 0th order mode로 나와도 이것이 multimode 인지 singlemode인지 명확하지 않아서 고민입니다.
Fundamental mode와 두번째 모두 사이의 power나 dominant한 정도를 알아야 singlemode라고 말할 수 있을것 같은데…
Mode extension monitor를 사용하면 소스정보를 담고 있지 않기때문에 아쉬움이 있습니다.

요약: 원하는 소스와 Waveguide geometry 상에서 single mode인지 확인할 수 있는 방법은 무엇인가요?

감사합니다.


#2

첨부한 파일 [ 3331.fsp (1.5 MB)] 을 바탕으로 설명을 드리겠습니다.

Taper 영역에서 특정 지점에서의 field 가 그 지점의 fundamental mode 성분을 얼마나 포함하고 있는가는 동일한 지점에 mode expansion monitor (MEM)를 배치하여 이용하면 됩니다. 하지만, 언급하신 바와 같이

Mode extension monitor 를 사용하면 소스정보를 담고 있지 않기때문에 아쉬움이 있습니다.

원하는 것이 그 지점에서 얼마만큼 source 의 mode 성분을 지니고 있는 것인지 알고 싶다면 이는 overlap 스크립트를 이용하여 계산을 해 줄 수 있습니다. 여기서, 주의할 부분은 taper 에서는 source 의 mode 가 확장이 되어서 taper 가 넓어지면서 spot size도 따라서 커지게 된다는 점입니다. 따라서, taper 각 지점의 field 를 source field 와 비교를 하여 그 지점이 single mode 인지 multi-mode 인지를 판단하는 것은 유효한 해석법이 아니라고 할 수 있겠습니다. 첨부한 시뮬레이션 파일에서의 설정과 같이 single/multimode 판단기준은 모니터가 있는 지점에서의 mode 와 비교를 하는 것이 옳다고 보여집니다.

첨부한 파일에서는 아래와 같이 source 의 두번째 모드 (Ey-polarized) 을 주입하게 됩니다.

Mode expansion monitor 에서는 ‘user select’ 옵션에서 원하는 만큼의 mode 를 선택하고 ‘T’ 모니터의 filed 중 얼마나 이 선택된 mode 들과 overlap 이 되는 지를 계산을 해주게 됩니다.

주의할 점은 MEM 의 mode 의 숫자 및 순서는 source 의 것과는 다를 수 있기에 monitor 지점의 몇번째 mode 가 source 의 mode 에 해당하는 지를 visualizer 를 통해 확인을 할 필요가 있다는 것입니다. MEM 에 대한 상세한 사용법은 아래의 링크를 참고하시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_using_mode_expansion_monitors.html

시뮬레이션을 실행한 후, MEM 의 결과(‘Expansion for T’) 에서 'Re(T_forward)'를 visualize 하면 모니터 지점에서의 각 mode number 에 따른 overlap 정도를 보여줍니다. 이것을 기준으로 그 지점에서의 field 가 single 또는 multi 인지 판단하는 기준으로 삼으면 될 것 같습니다.