光学仿真软件：Lumerical二次开发_（6）.常用光学仿真案例分析.docx

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常用光学仿真案例分析

在光学仿真软件Lumerical的使用过程中，理解并掌握一些常用的光学仿真案例是非常重要的。这些案例不仅能够帮助我们更好地理解光学原理，还能提升我们在实际项目中的应用能力。本节将通过几个具体的案例来分析如何使用Lumerical进行光学仿真，并提供相应的代码示例和数据样例。

1.光纤耦合器仿真

光纤耦合器是一种重要的光学元件，用于将光从一根光纤传输到另一根光纤中。在Lumerical中，我们可以使用FDTD（Finite-DifferenceTime-Domain）方法来模拟光纤耦合器的性能。

1.1原理

光纤耦合器的仿真原理主要是基于麦克斯韦方程的数值解法。FDTD方法通过在时间和空间上对麦克斯韦方程进行离散化，从而模拟光波在光纤中的传输和耦合过程。通过调整光纤的几何参数和材料属性，可以优化耦合器的性能，例如耦合效率、带宽等。

1.2内容

1.2.1建立模型

首先，我们需要在Lumerical中建立光纤耦合器的模型。这包括定义光纤的几何结构、材料属性、光源和检测器等。

#导入Lumerical的FDTD模块

importlumapi

#创建FDTD仿真对象

fdtd=lumapi.FDTD()

#定义光纤的几何参数

core_diameter=10e-6#核心直径

cladding_diameter=125e-6#包层直径

coupling_length=100e-6#耦合长度

spacing=30e-6#光纤间距

#定义材料属性

core_material=SiO2#核心材料

cladding_material=SiO2#包层材料

#创建光纤结构

fdtd.addfiber()

fdtd.set(corediameter,core_diameter)

fdtd.set(claddingdiameter,cladding_diameter)

fdtd.set(corematerial,core_material)

fdtd.set(claddingmaterial,cladding_material)

fdtd.set(couplinglength,coupling_length)

fdtd.set(spacing,spacing)

1.2.2设置光源

接下来，我们需要设置光源。光源可以是单模或多模的，具体取决于仿真需求。这里我们使用一个单模光源。

#添加光源

fdtd.addgaussian()

fdtd.set(wavelengthcenter,1.55e-6)#中心波长

fdtd.set(wavelengthspan,0.1e-6)#波长范围

fdtd.set(polarization,TE)#极化方向

fdtd.set(direction,Forward)#传播方向

#设置光源位置

fdtd.set(x,-50e-6)

fdtd.set(y,-spacing/2)

fdtd.set(z,0)

1.2.3设置检测器

为了分析耦合器的性能，我们需要设置检测器来监测光波的传输情况。

#添加检测器

fdtd.addpower()

fdtd.set(name,input_port)

fdtd.set(monitortype,2DX-normal)

fdtd.set(x,-50e-6)

fdtd.set(y,-spacing/2)

fdtd.set(z,0)

fdtd.addpower()

fdtd.set(name,output_port1)

fdtd.set(monitortype,2DX-normal)

fdtd.set(x,50e-6)

fdtd.set(y,-spacing/2)

fdtd.set(z,0)

fdtd.addpower()

fdtd.set(name,output_port2)

fdtd.set(monitortype,2DX-normal)

fdtd.set(x,50e-6)

fdtd.set(y,spacing/2)

fdtd.set(z,0)

1.2.4运行仿真

设置好模型、光源和检测器后，我们就可以运行仿真了。

#运行仿真

fdtd.run()

1.2.5分析结果

仿真完成后，我们需要分析结果来评估耦合器的性能。

#获取输入端口的功率

input_power=fdtd.getr