Vienne和Uranus描述光子晶體布拉格光纖的模式

01 說明

FDE求解器可用于精確計(jì)算任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模式，包括光子晶體布拉格光纖。在此示例中，我們計(jì)算并分析了Vienne和Uranus描述的光子晶體布拉格光纖的模式。

02 綜述

模擬文件bragg_PCfiber.lms包含一個(gè)參數(shù)化組對(duì)象，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。最初，在x-min和y-min處使用反對(duì)稱邊界條件以及在x-max和y-max處使用金屬邊界條件設(shè)置模擬。反對(duì)稱邊界條件允許我們僅模擬1/4的結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省時(shí)間。但是，我們必須注意不要漏掉可能需要對(duì)稱條件或?qū)ΨQ和反對(duì)稱條件的組合的重要模式。

03 運(yùn)行和結(jié)果

首先，我們運(yùn)行仿真并切換到分析模式。我們看到其中一種導(dǎo)模的有效折射率約為0.998。下面是圓柱坐標(biāo)系中的Hr圖。

要研究此類結(jié)構(gòu)的損耗，需要在x-max和y-max處的邊界條件設(shè)置為PML，如下所示。我們最初沒有這樣做，因?yàn)樗鼤?huì)增加計(jì)算時(shí)間，并且會(huì)更難找到導(dǎo)模的有效折射率。當(dāng)我們重新計(jì)算模式時(shí)，我們可以查看折射率0.998附近并發(fā)現(xiàn)不同的模式。

模式

Hr

Hphi

模式

Hr

Hphi

軟件會(huì)計(jì)算出將近20種模式。模式7是。模式8是。上圖顯示了磁場(chǎng)的徑向和角分量，可以與Uranus等人的結(jié)果進(jìn)行比較，我們將有效折射率和損耗與Uranus等人的結(jié)果進(jìn)行比較。

MODE有效折射率結(jié)果與Uranus等人的結(jié)果非常接近。對(duì)于這種對(duì)數(shù)值網(wǎng)格的微小變化（以及實(shí)際制造缺陷）非常敏感的結(jié)構(gòu)，計(jì)算損耗則更加困難，并且需要進(jìn)行一些收斂測(cè)試才能找到更準(zhǔn)確的結(jié)果。

收斂測(cè)試

我們首先將感興趣的兩種模式復(fù)制到全局DECK中，并將它們重命名為TE和HE，如下所示。

現(xiàn)在可以通過運(yùn)行優(yōu)化和掃描來測(cè)試收斂性。掃描通過增加網(wǎng)格數(shù)目來多次計(jì)算模態(tài)。在每一步，它都會(huì)計(jì)算一遍模式，然后將與我們已經(jīng)存儲(chǔ)在DECK中的模式具有最佳重疊的模式識(shí)別為和模。然后，記錄這些模式的有效折射率和損耗，作為所使用的網(wǎng)格數(shù)目的函數(shù)。

最終結(jié)果如下所示，可以在Visualizer中繪制。

有效折射率 vs 網(wǎng)格數(shù)目

損耗 vs 網(wǎng)格數(shù)目

我們看到，當(dāng)我們達(dá)到500x500網(wǎng)格數(shù)目時(shí)，有效折射率開始收斂，但需要更多的網(wǎng)格數(shù)目才能獲得更高的精度。根據(jù)計(jì)算機(jī)上的內(nèi)存量，可以將測(cè)試的最大單元數(shù)增加到 600x600或更多。

損耗隨著網(wǎng)格單元數(shù)增加而變化，但也開始在500x500網(wǎng)格數(shù)目下收斂。同樣，可能需要進(jìn)一步增加網(wǎng)格單元的最大數(shù)量以獲得更準(zhǔn)確的最終結(jié)果。500x500網(wǎng)格單元的結(jié)果是：

有效折射率的一致性非常好，損失正在向Uranus等人的結(jié)果收斂。

審核編輯：劉清