电-热-光调制器是用电生热,然后用不同温度控制材料属性,从而达到控制光频信号的效果。这期我们拿一个带环形震荡器的光频传输线(自带案例库里面有环形振荡器),加上钨丝,然后展示“电-热-光”的仿真流程。
首先了解模型,基底和覆盖层(未显示)都是类似二氧化硅的材料,有热仿真属性。模型无空气。
核心传输线是类似硅的高介电材料。附近加上圆环,就在一些频率生成周期性震荡,使这些频率的光无法通过;类似滤波器。
圆环上方加钨丝,熔点高,用来加热,是材料库中的Tungsten。两边用略粗的铜线接出,用于直流电传输。
流程需要三个工作室配合,低频工作室的Js直流求解仿真出电流和功耗,然后多物理工作室的Ths稳态热求解仿真出温度分布,最后微波工作室T时域求解器仿真出S参数。这里加上参数扫描任务并包括全部三个仿真,参数为直流电强度,这样就可以得到温控效果。
这里是从7毫安仿真到70毫安。
先看Js设置:
一端电流入,一端电流出。
再看THs设置:
由于只有固体导热,THs又快又准。
添加Js的热损耗作为场源。
最后看T设置:
先将核心传输线材料改为温变材料,输入温变曲线,温度越高,介电常数越大。
然后导入场源,是Ths仿真的温度场。监视器在光频1550um。
仿真结果:
以下是70mA时的截图:
先看电流密度,钨丝略高,整体均匀。
再看功耗,钨丝电导率比铜低,电流密度较大,功耗较高。
再看温度场,取传输线所在平面,可见钨丝附近的加热作用。
再看电磁方面的结果,介电常数的分布,符合温控材料数据。
最后比较不同电流的S21,可见电流为70mA或50mA时,我们的工作频率1550um无震荡,通过;而60mA左右可以将震荡引入,导致光传输受影响。
70mA电流,传输稳定:
60mA电流,传输受影响:
小结:
1. 光调制器有很多种,本案例只是其中一种设计。
2. 本案例的控制状态都是假设是稳态的,调制内容是S21幅度。
3. 下期我们会介绍瞬时变化的温控材料仿真流程,还是热光调制案例,调制内容为S21相位。
(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)
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