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CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-10-07 | 1539 次浏览 | 分享到:

上期我们介绍了表面等离子体波的波导:

 仿真实例062:表面等离极化激元SPP --- IMI有效折射率,截断边界模, 缝隙波导

 

这期我们看下传统硅光波导与表面等离子体波的波导的转换。

 

使用等离子激元波导模板:

                 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换         

添加金材料做为缝隙波导:

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

 

材料库中也有硅和二氧化硅用于光脊波导,但这次我们用网上的数据:

http://refractiveindex.info/

 

搜索硅和二氧化硅,然后下载CSV格式的材料数据:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

然后CST中运行宏,导入两个材料的数据:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

 

给材料重新命名,查看其色散曲线:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

下面开始建模,二氧化硅基底,然后WCS放上面:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

再画金材料波导,添加参数:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

WCS移至该处:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

Extrude功能,输入参数化坐标,切出金属波导:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

同样,用Extrude画出硅核波导:

 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

可将边缘改圆滑一些:

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

由于该缝隙较大,SPP有漏波,这里我们就不给缝隙波导端口,而是用平面计算缝隙附近的功率。旋转WCS,然后画一个空气片:


CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

硅波导是端口1,电边界:

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

其他边界为openXZ平面是电边界对称,这样才能让基本模电场是Y方向,符合缝隙波导MIM的表面积等离子体模式。

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

求解器仿真一个频率:

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

仿真结束后查看电场Y分部:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

下面对空气片的面进行功率积分计算:

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

可将结果转换成0D,方便参数扫描:

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

可见功率为0.13左右,考虑到端口功率是0.5W,这个效率在30%左右。

 

下面举例扫描某参数,比如缝隙开口的宽度:

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

CST表面等离子极化激元SPP --- 光脊波导与缝隙波导的转换 

 

 

小结:

1.    本案例对比传统硅核波导和金属表面等离子激元波导,

2.    介绍了如何从网络上得到光频仿真相关的材料数据然后导入CST中。

3.    后处理查看某一个截面的功率。

 

参考:

Han, Z., Elezzabi, A. Y., & Van,V. (2010). Experimental realization of subwavelength plasmonic slot waveguideson a silicon platform. Optics Letters, 35(4), 502.doi:10.1364/ol.35.000502 

 

(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)

 

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