用fdtd仿真非线性波导

fdtd

#1

孙教授您好:
我在模拟一个波导开关,但是无法实现开关的效果。这是该文献1.4968015.pdf (2.7 MB)
这个是我的结构keer_waveguide.fsp (299.8 KB)
我在官网 https://kb.lumerical.com/en/pump_probe_simulation.html 的例子也看了,例子中pump光和signal光的偏振方向都垂直于2D的仿真区域面,但是在我的结构中无法实现如果偏振角度为90°结构会发散。我想知道pump的偏振方向在计算时对仿真区域内光强是否有影响。因为如果单独改变Kerr介质的介电常数T会发散变化,这能否说明在仿真的时候光强并没有改变。
还有,我想用varFDTD 仿真为什么不能得到1200处的透射谷。这是varFDTD文件kerr waveguide.lms (323.7 KB)


#2

keer_waveguide.fsp文件中的Pump光源为什么是高斯而不是模式呢?
但是在我的结构中无法实现如果偏振角度为90°结构会发散是什么意思?你要控制偏振?应该是选择合适的模式,请检查一下现在的光源模式是不是你希望的?
如果不是请自行选择合适的模式。
偏振方向当然有影响,模式不同激发的效率也不同。
“介电常数T会发散变化“?
用varFDTD你先要确认非线性材料能否正常工作?


#3

1.文献给的信号光是模式光源TM,我在其他文献中看到pump光用的高斯光束。
2.如何确定光源的模式是不希望的?
3.非线性介质是3介非线性介质,当ε改变时会影响波导的透射率,ε在结构中应该由pump来改变。我为了验证结构是否正确手动改变材料的ε,可以得到想要的结果。但是使用pump光却得不到想要的结果。
4.如何确认非线性材料能否正常工作?


如何用Mode Solutions中的eigenmode solver求解非线性波导的模式
#4

A2:根据仿真结果。如果你不确定哪种模式合适,可以测试;
A3:你是说通过pump的强度和Chi3改变材料性质吧?这个在FDTD中是可以的
A4:MODE中的VarFDTD也可以计算随强度改变的材料特性(但是有一些近似)。
你可以看看Chi3等于零和你设计的数值看看结果有变化没有。也可以通过改变Chi3来修正这种近似。


#5

请问您是指MODE中的VarFDTD不能计算随强度改变的材料特性吗?比如克尔非线性,折射率和光强有关,那请问需要如何来求解非线性(克尔非线性)波导的本征模式呢?谢谢!


如何用Mode Solutions中的eigenmode solver求解非线性波导的模式
#6

克尔非线性波导的本征模式可能比较困难,因为它与波导里面的强度有关。
我的建议是,你根据克尔非线性系数和光强得到折射率,导入材料库中,然后再计算模式。

在只有一个传播模式的情况下,可以用FDTD仿真,参见这个例子
https://kb.lumerical.com/en/index.html?nonlinear_kerr_introduction.html

直接用MODE中的VarFDTD可以参见这个
https://kb.lumerical.com/en/index.html?nonlinear_soliton_example.html
如果跟期望的有差别应该是必然的,因为简化为2D过程中不考虑Z方向的贡献。当然,这种非线性引起的折射率变化很小,影响不大。


#7

谢谢您的回复和建议!但是如果要根据克尔非线性系数和光强得到折射率的话,是不是必须知道光强的分布呀?我的理解是这个分布应该是根据模式的分布得到的吧?在还不知道模式的情况下,如何得到光强的分布呢?非常感谢您的耐心回复!


#8

如果用FDE计算,必须知道光强的分布,要不然你需要假设,直接给出折射率的变化量。

这个看你怎么理解了。在实际器件里可能是这样,但是用FDE计算时必须知道。

你也可以用3DFDTD计算,如果波导里面只有一个模式,可以用Profile监视器在一定长度的地方监测场分布。