10电光调制器解析.docx
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10电光调制器解析
第10课：
电光调制器（光学BPM）
本课介绍如何制作一个3D模拟的线性电光效应（Pockels效应）改性的材料。
参考波导设计[1]如图1所示。
本节中，该波导被创建时，电位被施加到电极上，并将结果进行比较，参考文献[1]。
图1：
这是参考1图2，绘制倒挂。
该波导是一个“底-删除”的设计，使包层是BCB，用胶水波导到另一个基板，未显示的聚合物。
这种安装暴露AlGaAs敷层在空气中，并在背面电极蒸发那里。
所有的长度都在微米。
OptiBPM中有另一个，老年人，电光模块。
此遗留功能是专门三个共面的电极上扩散电极在铌酸锂中使用时。
参见第14课：
马赫-曾德尔干涉仪开关。
如果不需要你想要的符合模型，以这种特定的情况下，系统，以及有关电极阻抗的信息，你可能要考虑所描述的电极区域功能第14课：
马赫-曾德尔干涉仪开关。
对于所有其他电光模拟，在本教程中所描述的功能应该被使用。
在这个例子中的材料系统是砷化铝镓。
脊结构形成波导和支持TE和TM波，虽然只有TE模式被激发在我们的例子。
电极是金属和不显著相交的引导模式。
当电极有电势差时，大多垂直电场出现在支持光模的材料。
的材料的折射率由electo光效应略有修改。
的影响小，但它可以使在光学波的相位的显著差异传播很长的距离后，1厘米的顺序。
根据文献[1]，采用17.8V该顶面和背面电极之间的电位差应在波导的基本模式1厘米传播后，引起皮的相位变化。
为了使模拟电压依赖性光学相移项目，请按照下列步骤。
一个完成的项目可以在教程Samples目录中找到名为Lesson10_ElectroOptic.bpd。
建议您已经完成了第1课：
入门。
这也是一个好主意，已经完成了第9课：
创建一个芯片到光纤对接耦合器为好，以熟悉无电光效果的3DBPM模拟问题。
定义介质材料
步
行动
1
在新的项目中，打开配置文件设计，并在科材料/绝缘创建砷化镓一种新材料。
命名材料GaAs155，并在新材料的二维和三维各向同性选项卡中输入的3.421076的折射率。
折射率的这个值是从参考文献2。
砷化镓电光张量具有非零分量R41=R52=R63在晶体中的坐标系。
但是，该设备的波导轴旋转时在XZ平面上由45°相对于晶轴，使垂直（平行于Y）的静电场由电光系数等于R41影响到在TE模式。
在这个项目中，我们将模拟一个TE模式，因此进入R41系数为RV，垂直电光系数。
（选择的电子光学效应的复选框）的电场的水平部分不影响水平偏振的TE模式，所以相对湿度应该被设置为零。
图2：
折射率和材料的GaAs的电光系数λ=1.55微米。
N=3.421076，RV=1.42×10-12 [M/V]
2
单击静态介电常数选项卡上，输入13.18的静态介电常数张量的XX和YY成分[3]。
图3：
砷化镓的静态介电常数。
3
点击商店进入新材料到项目中。
4
重复步骤1-3的其它介质材料项目。
所有的介电性能中的项目的名称和性质示于下表8中。
名称
Ñ
相对湿度|
RV
EpsXX
EpsYY
GaAs155
3.421076
0
1.42E-12
13.18
13.18
A13Ga7As155
3.279933
0
1.42E-12
12.244
12.244
BCB
1.538
0
0
2.365444
2.365444
空气
1.0
0
0
1.0
1.0
表8：
电介质材料在图1的波导中使用属性。
1。
从BCB楼盘采取的折射率。
4。
定义电极材料
的材料作为电极的定义是，电极在OptiBPM中引入的方式。
配置文件和波导定义光波导的几何形状，以及这些对象都充满了材料，在其中定义了光的折射率。
如果材料被定义为电极材料，然后用于指定波导的几何形状相同的名称和波导可用于指定电极的几何形状。
在OptiBPM中，电极被假定为理想导体。
由于内部有理想导体无静电场，材料性能RH，RV，EpsXX和EpsYY并不适用于电极，而不是在电极材料对话框中找到。
电极确实有光学性质。
这是允许的光学特性为具有透明电极的器件的精确定义。
在金属电极或其他电极是不透明的情况下，电极通常远放在离波导的光场，并因此在电极的光学性能没有在设备功能显著。
在这种情况下，光学电极的性能不应该设置到金属的实际的光学性质，但应设置为某个值，这将不会造成与要用于仿真的光束传播法数值麻烦。
我们建议选择一个真实的折射率比包层的折射率稍微小一些，或在附近发现的其它材料的折射率。
实际上，该电极由透明的光束传播模拟器，并且不直接在光学模拟参与。
该电极材料的效果是通过电光效应只，根据需要在电光装置。
5
在配置文件设计的科材料/电极，创建一个名为Electrode1（默认名称）的新材料。
输入的2D和3D1.6折射率。
这种材料是金属电极，并且会被放在远离光波。
的1.6的折射率将防止电极从干扰模拟的光束传播法。
见注释中上段。
6
点击商店进入新材料到项目中。
图4：
电极材料Electrode1中，n=1.6
7
对另一种物质，叫地重复步骤5-6。
使用相同的折射率。
定义配置文件
8
创建一个名为ridgeWG一个通道配置。
这将被放置在所述外延层来创建图1中的脊的顶部。
将2D轮廓定义材料Al3Ga7As155。
用一层材料Al3Ga7As155与宽度3，厚度0.5设置3D配置文件定义和偏移0。
使倾斜的墙功能，并在左右两侧进入45度角。
图5：
ridgeWG通道配置文件的定义
9
点击商店进入新的配置文件到项目中。
10
重复步骤8-9，以创造一个电极的轮廓。
命名简介Electrode1Profile并输入材料作为Electrode1二维和三维轮廓定义。
机身宽度=1.0，厚度0.2，偏移0。
图6：
图。
6，定义Electrode1Profile的
11
重复步骤10，但命名新的配置文件GroundElectrode。
所有属性都是一样的Electrode1Profile除了电极材料地上，而不是Electrode1材料。
图7：
接地电极配置文件定义
12
返回到初始的属性对话框，然后输入以下选择：
波导属性标签
宽度4.0
简介：
ridgeWG
晶圆尺寸标签
12000
宽度40
2D晶圆属性选项卡
材质：
BCB
3D晶圆属性选项卡
覆层材料：
BCB，厚度4
基板材料：
空气，厚度0.5
13
单击OK（确定）
14
保存该项目。
画出波导
15
改变视图通过首选项来看到整个晶圆>>布局选项>>显示比例=200。
16
从工具图标选择对齐到网格。
图8：
网格对齐图标
17
选择线性波导和从（0,0）到绘制（12000，0）
图9：
布局与ridgeWG轮廓。
18
用选择工具，右键单击在波导打开线性波导属性对话框，并更改深度为3.05
图10：
调整波导剖面深度为3.05
19
打开从仿真>>仿真参数仿真参数对话框。
在三维各向同性选项卡，在X中X中输入点每微米数为10和30为Y。
设置视图剪切到201和100在Y。
这个盒子也有一个单选按钮选择哪个求解器将用于发现所述静电场。
默认值是SuperLU，它可以如果你的系统有足够的内存可以使用。
如果没有与该解算器在项目后期的麻烦，求解器可以改变到另一种解算器，双共轭梯度。
图11：
仿真参数极化，网格，viewcut和SLOVER设置。
20
通过单击参考看看轮廓为止。
折射率（n）-3DXY平面视图选项卡。
航基板，在BCB包层，和半导体脊应该已经存在，如在图12中。
图12：
横向平面视图（XY平面）
21
其他的介电层是通过使用的OptiBPM的区域特征输入。
在布局中选择绘制>>地区>>衬底区域，然后拖放该区域的基板上的布局。
用选择工具，右键点击新的地区去的衬底区域对话框。
输入0作为起始偏移量，以及12000作为结束。
图13：
衬底区域开始和结束设置。
22
转到基板选项卡，然后单击添加以添加第一层。
输入开始和结束厚度2.0，并选择材料Al3Ga7As155
图14：
基材层
23
重复步骤22添加第二层。
输入开始和结束厚度0.73，并选择材料GaAs155。
24
重复步骤22中添加第三层。
输入开始和结束厚度0.32，并选择材料Al3Ga7As155。
25
通过单击参考再看一下配置文件。
折射率（n）-3DXY平面视图选项卡。
基材层应该在那里，重现图1的波导部分
图15：
图波导。
1
画出电极
26
在布局图中，画有相同的坐标作为第一波导的第二线性波导。
用选择工具，右键点击波导打开线性波导属性对话框。
宽度更改为2.0，深度为3.55，而配置文件Electrode1Profile。
图16：
电极1布局定义
27
不同的配置文件在默认情况下显示为不同的色调。
它可能会提高显示右键点击右侧的布局规模分级并选择属性。
光谱型彩虹会使轮廓不同的颜色。
图17：
布局轮廓谱
28
重复步骤26绘制的接地电极。
让宽度为6.0，深度是-0.2，而配置文件是GroundElectrode。
29
该波导是比其他更广泛的，因此它覆盖了前两个。
需要注意的是右键单击波导呈现布局选项，例如移动到返回。
将此应用到该波导，使另外两个可以在布局中可以看到。
图18：
与衬底区，两个电极，和脊形波导完成布局。
30
看看参考。
折射率（n）-3DXY平面视图选项卡一次。
在XY平面视图中的高度绘图模式的特定角度，可以看到电极以及所述波导。
图19：
成品波导电极。
静电模拟
31
转到编辑>>编辑电极，以获得编辑电极连接对话框。
每个电极材料提供了一组电极ID的组合框，有一个ID为每个电极材料。
图20：
编辑电极连接对话框，与电极的ID组合选择。
32
的电极ID用于容纳在两个不同的电极材料的布局的外部进行电连接，并且需要被视为一个，如果电极电容或阻抗来计算的情况。
在这种情况下，两个电极的材料可以被分配相同的ID电极。
在这个例子中，有每个具有不同电势只有两个电极，所以分配Electrode1到电极编号1和接地电极，以ID为2。
33
一旦ID被分配，就可以在电极电位列表框中指定的电位。
分配的17.8伏的电位电极编号1，和0V到电极上的ID2。
图21：
编辑电极连接对话框，有潜力
34
关闭编辑电极连接对话框。
35
通过仿真>>电子光学求解>>计算运行静电模拟。
该电子光学求解器窗口将打开，并在图表最初将显示电极在该横向平面的位置和ID。
（位置z=0是默认的，但是这可以在电子光学视图选项对话框中的滑块来调节。
）选择静电势在树将显示叠加在电极电位轮廓线。
图22：
电子光学求解。
选择电极ID第一和静电势第二显示颜色和静电势的轮廓线电极的ID。
图像可以通过关闭电网更加清晰。
（右键单击并取消网格）。
36
选择的电势和第一，然后RI实，然后电极ID将显示在彩色的潜力，并与叠加线电极和波导的边界。
图23：
E电子光学求解。
37
进入查看>>电极阻抗看到计算这些电极的阻抗。
此数据可每当当前Z切片具有不同的潜在正好两个电极的ID。
该电容被从集总电路的上下文中，发现这两个电极之间，如果长度为1mm的电容。
的阻抗和相速度来从传输线路上下文。
这里，假定在两个电极是一个平衡传输线的一部分，并且该电极是理想导体。
所计算的波阻抗是由于在欧姆，并且相速度表示为光，c中的速度的一小部分。
图24：
电极阻抗。
电容是用于集总电路。
阻抗和相速度是平衡传输线的情况下。
电光模拟
38
在布局视图中，添加一个输入平面（见第1课：
入门）。
将Z位置为0，出发场，以模态。
在输入字段对话框中，选择波导与ridgeWG轮廓，形成输入字段。
图25：
输入字段对话框
39
退出所有的输入对话框的确定按钮。
40
选择仿真>>其他输出数据>>三维各向同性选项卡，并选择相对功率与距离和电极阻抗。
在Z剪切选项卡，选择场，折射率，以及潜在的和介电常数的各种Z轴位置。
退出与确定的方块。
41
开始模拟计算>>各向同性的三维仿真模拟...>>运行...通过调整查看>>光场剪切>>XZ切割模拟器视图，切换从振幅显示通过查看>>复杂数据查看>>相间。
你会看到超过1毫米的距离相移，与文献一致。
[1]。
图26：
模拟与电极电位17.8V该制导模式的阶段
42
当仿真结束时，打开该分析仪，观察中的数据电极的阻抗树。
右键点击打开传说中的图表。
如果电极改变位置在晶片，该图将绘制的变化与Z的数值数据可从从滴在图形的左上角的蓝色图标下导出数据的选项。
图27：
绘制电极阻抗与传输长度，Z
43
打开Z轴剪切从目录树，然后选择光学，折射率，介电常数，或用于显示静电势数据。
Z值，然后从组合框中选择。
图28：
图。
27，静电势在位置Z=4000。
参考文献
[1]简坂，A.杰克逊，N.Dagli，“基板移除砷化镓，砷化铝镓电光调制器”，IEEE光子学技术通讯11（10），P1244-1246（1999）
[2]足立区和大江，学者Appl。
物理学报，662054（11）（1983）
[3]Y。
崔和P.Berini，“建模和GaAs根据平面微带结构行波电光调制器的设计”，J.光波技术。
，24（6）p2368-2379（2006）
[4]Kwon等人，光学快报卷。
11第18号p2211-2215（2003）
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