focusing grating coupler를 lumerical fdtd를 이용하여 설계하고 싶습니다.


#1

제목에서 적어놓은 바와 같이 focusing grating coupler를 fdtd를 이용하여 script를 설계하려고 합니다.
만족하는 조건은
qλ_0=neff√(y^2+z^2 )-zn_tcos⁡(θ_c)
입니다.
이를 x,y 좌표로 변환하면 아래와 같습니다.

여기서 q는 정수, theta_c는 fibre와 chip surface사이의 각도, n_t는 environment의 refractive index, lamda_0는 진공의 파장입니다. (t는 angle variable입니다.)

위와 같은 수식조건을 이용하여 lumerical fdtd에서 script를 이용해 어떻게 설계해야 하는 지 도움을 받고 싶습니다.


Compact focusing grating couplers for silicon-on-insulator integrated circuits
#2

제공해주신 수식적인 표현만으로는 어떠한 디자인을 원하는 것인지 이해를 하기에 어려움이 있습니다. 구조물의 스케치를 첨부해주시고, 각각의 파라미터들과의 연관성을 명확히 표시해주시면 도움이 될 것 같습니다. 예를 들어, x, y 는 좌표값이라고 되어 있는데 이는 gragting 의 surface profile 을 나타내는 것인지 아니면 무엇에 대한 좌표값인 지 알 필요가 있습니다… 또한, z 값은 무엇을 뜻하는 지도 분명치 않은데 설명이 필요할 것 같습니다.

우선 보기에는 x,y 면상에서는 ellipse 의 모양을 갖는 grating 을 원하는 것으로 보이는데, 구조물 스케치와 연결시켜 모든 파라미터들이 정확히 정의가 된다면, 그와 같은 수식관계를 갖는 구조물은 스크립트로 구현이 가능하리라 보여집니다.


#3

구조물의 형태는 위와 같으며 각종 변수들의 의미는 focusing coupler의 모양을 결정짓습니다.
예로, q는 일반적인 정수로 grating 의 각 단계를 의미하며, 다양한 refractive index는 일반적인 상수 값으로 여길 수 있습니다. 즉, variable인 t가 변함에 따라 모양이 그려집니다.

제가 도움을 받고 싶은 부분은 focusing grating외에도 다양한 model을 설계할 때 수식이 주어져 있다면 어떻게 script를 구성해야가 입니다. 기존의 lumerical의 주어진 component등을 예로 들면, 직육면체 구조의 경우 vertices를 matrix로 정의하여 점을 찍은 후 material을 설정하여 설계합니다. 하지만 위와 같은 일반적인 좌표의 수식이 주어져 있는 경우 설계하기가 힘들어 이 좌표정보를 가지고 script를 구성하는 방식에 대하여 도움을 받고 싶습니다.


#4

위의 수식으로 표현되는 grating 은 elliptical surface grating 모양을 갖는 것으로, grating 의 한 조각만을 보면 다음과 같이 간소화하여 표현할 수 있습니다.

이와 같은 수식으로 표현된 extruded structure 는 polygon 개체를 사용하면 쉽게 구현할 수 있습니다. 위의 주어진 상수/변수 값들을 사용할 경우, 다음과 같이 스크립트를 짜줄 수 있습니다.

res = 201;
t1 = linspace(-pi/3,pi/3,res);
t2 = linspace(pi/3,-pi/3,res);
a1 = 10e-6; b1 = 8e-6; x1 = 4e-6;
a2 = 11e-6; b2 = 9e-6; x2 = 5e-6;

V1 = [a1cos(t1)+x1,b1sin(t1)];
V2 = [a2cos(t2)+x1,b2sin(t2)];
V = [V1;V2];

addpoly;
set(“vertices”,V);

이를 실행하면 다음과 같이 elliptical 한 grating segment 가 만들어집니다. 전체 grating 을 만들려면 위의 작업을 for 문을 이용해 반복해주면 됩니다.

하지만, 위의 수식을 다루고 있는 논문(Compact focusing grating couplers for silicon-on-insulator integrated circuits)을 참고하면, 이 수식은 각 grating segment 의 중심 궤적을 나타내며, 실제 grating 은 이 궤적을 따라가면서 일정한 폭을 갖는 형식으로 만들어진 것으로 짐작됩니다. 이 경우에는 위 스크립트를 사용하면 안되고, 아래와 같이 궤적의 각 지점에서 line-normal 한 선을 계산하고, 이 선을 따라 양쪽으로 일정한 거리를 갖는 지점들을 찾아서 polygon 의 vertices 를 정의해 주어야 합니다.

위와 같이 t, a, b, x1, W 를 정의하였을 때 구조물을 만들어주는 스크립트는 아래와 같습니다.

res = 201;
t = linspace(-pi/8,pi/8,res);

a = 10e-6; b = 8e-6; x = 4e-6; W = 0.5e-6;

Vin = [acos(t)+x-W/2/sqrt(1+(a/btan(t))^2), bsin(t)-W/2a/btan(t)/sqrt(1+(a/btan(t))^2)];
Vout = [acos(t)+x+W/2/sqrt(1+(a/btan(t))^2), bsin(t)+W/2a/btan(t)/sqrt(1+(a/btan(t))^2)];
Vout = flip(Vout,1);
V = [Vin;Vout];

addpoly;
set(“vertices”,V);


Compact focusing grating couplers for silicon-on-insulator integrated circuits
#5

Can any body help explaining this in English please, from the beginning. I really need it.


#6

Hi Ominia,
Thank you for your interest in this example.
I am thinking about creating a more thorough example file based on a reference.
Once I am done with a Korean version, I will add one in English as well.
Stay tuned for the update.


#7

Hi skim,

Thank you for replying me. Is it scheduled in the near future? I will really appreciate if you mention me on the English version.


#8

Thank you skim for answering me.

Is it scheduled in he near future? I would really appreciate if you can mention me on that


#9

Hi @omnia.nawwar,
Yes, I have the basic material ready so it would be sometime next week (APR 10 ~ 14) that it will be uploaded.


#10

A post was split to a new topic: Compact focusing grating couplers for silicon-on-insulator integrated circuits