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用FDE仿真的硅波导等效折射率随温度的变化率为什么大于芯层的热光系数

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    • li-liucun-rc
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      如题,我使用FDE对一个二氧化硅包覆的硅波导的等效折射率进行计算时,当改变FDE温度时,为什么得到的等效折射率随温度的变化率比硅或者包层任意一个的材料热光系数还要大呢?

      我在材料库里添加并使用了有热光系数的材料,300K时的波导等效折射率是2.444,500K时是2.484,算出来Δneff/ΔT=1.99e-4 /K,大于硅的热光系数1.86e-4 /K或二氧化硅的热光系数1e-5 /K。而在文献[1]中看到Δneff/ΔT=Γ*1.86e-4+(1-Γ)*1e-5,不应该超过它们的材料热光系数不是吗?

      在官方的例子里面我也看到了类似的结果(https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360042323154-Thermal-switch)。想请问这是什么原因呢。

      另外,在使用FDE对结构进行改变温度的仿真时,只需要将该材料添加热特性即可吗,还是也要加入热attribute之类的呢?谢谢

      [1] Shin, M.J., Ban, Y., Yu, B.M., Rhim, J., Zimmermann, L. and Choi, W.Y., 2016. Parametric characterization of self-heating in depletion-type Si micro-ring modulators. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics22(6), pp.116-122.

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      你的意思是,用热光系数计算不同温度下的材料折射率,然后计算模式折射率,发现反算出的热光系数比材料本身的大,是吧? 我估计这种情况可能是正确的:材料热光系数是大的体材料,即均匀材料;模式有效折射率看的是折射率差(尺寸一定,相比包层和基底),高温引起波导芯折射率增加,进而增加了折射率差,所以模式折射率变化可能会比材料的高一些。我没有测试,是根据你的结果猜的。

      另外一个问题可能是:热光系数是在小范围温度变化得到的,是线性的,现在差200K,我估计已经不是线性的了,所以那个材料热光系数本身就是简化的,并不可靠了。请测试50K左右的变化看看,你也可以看看文献有没有给出温度范围。

       

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