关于grating coupler的边界设置


#1

在学习网上的focus grating coupler时候(https://kb.lumerical.com/en/index.html?applications.html),我看了一下网站上的脚本,里面使用了反对称边界条件,我认为不合适,理由如下:
光纤模式光源入射后,会在grating coupler上激发各种模式,有些模式能够满足反对称边界条件要求的条件,有些肯定无法满足,因此我觉得应该将所有边界条件修改成PML的边界条件(并且我认为,如果反对称边界条件是正确的话,那么计算结果肯定应该和全部使用PML边界条件的结果一样,毕竟反对称边界只是为了节省结算成本,如果不考虑计算成本的话,理论上讲完全可以不用反对称边界,而全部使用PML等常规边界条件)。
于是,我将所有的边界条件修改成了PML的边界条件,其他条件完全未变,运行了grating_coupler_3D_input.fsp这个脚本后,我发现两种边界条件计算的透过率谱形完全一样,但是透过率差别非常大,可以说一种是透过,另一种完全透不过去,不知道究竟应该怎样设置?非常感谢!


#2

很欣赏你这种钻研精神,理由也正确。
但是,根据我的理解,你可能计算的是总的透射率,而我们例子仅计算所需要模式(Fundamental Mode,在模式分解监视器里面定义了)的S参数,可能这是差别。如果你需要获得总的波导透射率,应该用你的方法,它包含了反对称和对称模式的总合;但是这个器件仿真的目的是要得到所希望模式(它具有Y方向的反对称性)的结果。至于如何消除不需要的模式,可能需要另外的器件,或者修改现在的设计 。你可以分解对称性模式看看其特性如何,不过应该不是这个器件所需要的。

最好你看振幅透射系数,参见Using Mode Expansion Monitors


#3

非常感谢孙老师的回复,我已经明白您的意思,但是还有疑问:
网站上的案例里面,有一个名字为T的power记录器,当边界条件为反对称边界条件(暂且称它为ASB吧)时,我的理解T这个记录器记录的应该是所有能够满足ASB的波导模式的透过率,其中当然也包含了我们所希望求解的基模(fundamental mode)的透过率,T记录的透过谱线最高值为0.3多一点,同时我利用名为waveguide的模式分解记录器对T进行模式分解,得到的基模透过率和T记录得到的透过率谱线几乎一样,也就是说所有透过的模式几乎都是基模,其他模式都没有能够耦合并透射出去。然后,我将边界条件全部换成了PML(其他参数全都不变),然后重新计算,这时候由T得到的透过率小于0.0025,也就是说是不透光的,同时我用模式分解记录器waveguide对T进行基模的分解,发现基模的T_net几乎为0。
我的问题是:
(1)理论上讲,对基模(fundamental mode)的计算所建立的物理模型无论使用ASB还是PML,应该是一样的,为什么用ASB得到的基模能够透过,而PML得到的基模却无法透过?
(2)我依然认为ASB的计算不够准确,理由为:首先T的结果是不准确的,因为T最终表现的结果是它记录的光谱与光源光谱的比值,但是由于ASB的使用导致T记录的光谱并不是实际物理模型的光谱,而是忽略了其他各种模式(高阶、辐射、泄露模等),仅仅考虑了能够满足ASB条件的模式,因此此处的T虽然看起来是记录总的透过率,但是这个透过率我认为是不准确的(当然这个案例本来不是计算总的透过率的)。
其次,当使用ASB条件时,利用模式分解记录器waveguide对T进行模式分解,但是T的记录首先是不准确的,那么利用waveguide对T进行基模的分解所得到的透过比例应该也是不准确的吧?(我这里有个疑问,waveguide应该仅是提供了一个所需要的模式,然后从T所记录的透过能量的光谱中计算得到所需模式的透过能量的光谱,然后将该光谱与光源的入射光谱相比,还是与T所记录的所有模式的光谱的总和进行相比,如果是前一种能量得到的就是传统意义上的该模式的透过率,如果是后一种情况那么就仅仅是基模占透过所有模式能量的百分比,而不是大家常说的透过率,不知道应该软件计算的是哪一种情况?)
(3)网站上还有一个关于spot size converter的案例,我在用脚本建模设置的过程中遇见一个问题,就是在用addeme命令添加了EME solver后,如何用脚本命令设置每一个group的起始坐标、每个group中cell数目和subcell method的类型呢?
写的比较多,非常感谢孙老师的耐心解答,也欢迎其他同仁提供帮助。


#4

先解决边界条件和透射率的问题。我测试了一下,证实了我的猜测,当你用PML时,那个Fundamental模式与原来的不同,偏振不同!

用PML得到的Ey结果
用Aiti-Symmetric得到的Ey结果

这个器件主要是要仿真Ey这个模式的。这个问题解决了,其它问题估计应该没有什么问题了。

后面EME的问题请另外法一个帖子。