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


#1

孙老师,您好!我最近碰到一个问题,需要求解非线性波导的模式。波导为三明治结构的平板波导,中间的夹层为克尔非线性介质。我用Mode Solutions求解时,发现可以自定义kerr nonlinear 材料,于是我将中间层定义为kerr nonlinear 材料,并且填好了Permitivity 和Chi(3)的数值,但通过计算模式后发现,非线性系数并没有起作用,跟不考虑非线性的时候结果一样,请问这是什么原因呀?Mode Solutions不兼容kerr nonlinear 材料的定义吗?非常感谢您的回复!


#2

前面我们有过讨论:


你说Mode Solutions求解不全面,它有三个求解器,我估计你说的是FDE(EME)计算模式吧?如果是,请将题目修改一下。因为kerr nonlinear一般是折射率随电场和时间而变而且也是频率的函数,而FDE是频域方法,没有办法得到这种随时间变化的量,因此不能计算。我想你找本参考书看看就明白了,例如这个维基说明

如果你想计算稳态的结果,当然你需要知道事先知道电场的数值,再计算折射率,进而计算模式

如果不是,而是VarFDTD,则是可以的,前面的帖子已经讨论了


#3

孙老师您好!我是指用Mode Solutions中的eigenmode solver求解非线性波导的模式,题目已经改了。发现定义的kerr nonlinear 材料并没有表现出非线性。我之前用FDTD solutions模拟的时候,是可以直接定义kerr nonlinear 材料的!请问原因何在?是因为这两个所用的方法不同吗?


#4

eigenmode solver不能求解非线性波导的模式,因为它需要的是材料特性(折射率)而没有电场的数值。 电场的数值是计算出来的,而且是任意的数值,软件将强度归化为1。

只有时域传播计算才可以考虑非线性效应,上次已经给你连接了,也给你建议了。


#5

谢谢您的解释!我打算用您建议的方法去做。但还是有一个疑问:我根据光强计算克尔材料折射率的时候,软件导出的数据是离散的,算出来的折射率也是离散的。也就是说只有那些有数据的点才能算出折射率,那么那些没有数据的位置的折射率怎么办呢?


#6

你说的离散是指空间还是波长?
如果是空间,在指定波长情况下,可以给出空间每一点的离散折射率,然后自输入:

如果是色散的,参见这个


#7

是指在指定波长情况下,空间折射率是离散的,也就是说只有网格点的地方有折射率,其它地方没有,软件是怎么处理的?谢谢你的回复!


#8

上次回复中的第一个连接告诉你如何将空间不会的折射率输入进来。软件内部自动进行插值计算。


#9

好的,明白了。谢谢您的解释!


#10

孙老师,又碰到一个问题需要麻烦您。我用软件计算模式时,发现网格划分沿波导方向是不均匀的,因此导出的光强数据也是不均匀的,而我计算折射率时,自输入的话,格式如下。


可以看出,这里网格的划分是均匀的。由于折射率计算需要用到光强,而两者网格不匹配无法直接计算,请问如何做可以使网格均匀划分,与自输入折射率所要求的格式一致?或者是否有其它的解决办法?非常感谢您的回复!


#11

你想从FDTD仿真的结果里面得到电场,然后计算非线性产生的折射率变化再输入到材料库中吗?
如果是,你需要对计算出来的光强作均匀坐标的插值。为了得到准确结果,请参考这个例子里面的分析组
https://kb.lumerical.com/en/index.html?solar_cells_getting_started.html
了解它是如何做插值的。