基于Rsoft多物理场耦合的热光调制模拟_材料

基于Rsoft多物理场耦合的热光调制模拟

大家好，今天我分享的案例模型是一种基于光耦合器的热光调制光开关模型。是基于rsoft软件中beam模块耦合热光调制物理场而展开模拟研究的。

图1 热光调制光开关基本几何模型

其中加热电极为铝电极，具体配置的材料参数图示如下图2所示：

图2铝电极材料设置参数

其中参数WA,PxA均为参数变量，可自行设定控制波导所在位置。由于热光调制效应需要涉及到物理场热光效应模块，因此对于波导、铝电极材料分别进行相应材料参数设定。具体如下图3所示

图3 波导材料及铝热电极热光材料参数设定

在完成多物理场耦合设置后，进行物理场模拟运算，运算结果如下所示，由于温度的变化导致波导表面的折射率发生相应的改变：

图4 温度变化导致波导表面处有折射率变化

图5 热光调制光开光结果图

如图5所示，为耦合式光开关调控光场的模拟示意图，蓝色为入射光波导中的光监测能量，绿色为耦合端波导的耦合光能量。因为加热电极对耦合器的热光调制作用会使得入射光端处的光能量更显著一些，而耦合端的光能量较低。因此可实现光开关的闭合和通路的作用。

来源：320科技工作室

Lumerical FDTD采用脚本语言在计算过程更换材料数据

在Lumerical系列软件做仿真计算过程，我们经常会遇到要自定一些材料数据的，例如等离子振荡模型，或者一些参数数据等等。这些数据的导入虽然不是很困难，但是要想在再导入之后修改修改材料参数，那就显得非常麻烦了。因为这些数据每次都要导入，计算，循环往复。因此，本推文出于方便众多Lumerical FDTD使用者，而编写一个很方便更换材料数据的脚本。那就让我们以十分经典的介电常数模型为例子：这个数据模型显得有点复杂，并且如果我们要对进行参数扫描，那就非常困难了。我们分析一些材料模型涉及的参数：ε_E=18,ω_ex=1.9eV,Γ_ex=0.045eV 。考虑到WS2是具有各项异性的，还需要考虑out-of-plane介电常数:。到这里，WS2的介电常数已经非常复杂了。但是，我们还需要考虑f_0的变化对WS2光栅的影响。接下来，我们一步步分析这过程中如何用脚本编写材料模型以及如何调用脚本定义新的材料数据模型。对WS2的材料模型进行分析，在in-plane介电常数中ε_xx与ε_yy的线性均一致，而out-of-plane则保持在一个常数值ε_zz材料数据模型已经证实没有问题了，那接下就是如何设置定义材料模型并且导入数据。编写导入材料的脚本（部分）接下来使用这部分代码做参数扫描，扫描范围0-0.8，扫描点数800点，也就是换800次材料数据，这样的工作量是手动操作完成不了的。因此，该方案能够降低手动操作的频次，提高机器参与的称度，大大提高仿真效率。参考文献: Polaritonic coherent perfect absorption based on self-hybridization of a quasi-bound state in the continuum and exciton. Optics Express. 2023 Jan 30;31(3):4691-4700. doi: 10.1364/OE.482464.来源：320科技工作室