CST自带案例：光频的传输线的反射率，透射率，吸收率仿真

这一期我们一起看一下CST自带案例之一，光频的传输线。这个模型是全参数化模型，比较简单，用户也可以自己导入GDSII格式的结构，另外三个搜到的模型也是类似应用，都是光子集成电路PIC的基本组成部分。

Step 1. ComponentLibrary 中搜SOI，然后选StraightSection模型。

先看结构和材料。中心核心传输线，材料为硅，Silicon (optical IR)，适用于红外线，来自材料拓展包Materials1.0, 没有的用户可以去达索系统的 Support 网站搜“CST Materials Library Extension” 下载。

下基质和上覆层均为二氧化硅，Silicon Dioxide (optical)，同样源于材料拓展包。硅的介电常数比二氧化硅高很多，用户可以比较其epsilon色散曲线的高低。这也就直接导致光波被限制在硅核心中传播，也就是光波导。

这里多查看一下硅材料的色散，可以看到目前拟合的仿真频段考虑色散。材料色散不是一定需要考虑的，因为对光脉冲传播的影响通常较小。但是求解器支持宽频的色散材料和波导的色散特性是很重要的。

再看边界和求解器，边界全是open，Y和Z 方向背景各延伸一点参数化的距离，X方向端口和结构紧贴边界。XZ中心平面为电平面对称。

仿真波长范围是1.5-1.6um，适用于光通信的C-band （1530nm – 1565nm）。由于结构尺寸为5um长，硅又是高介电，此结构为电大尺寸，求解器推荐时域T-solver，当然F-solver也可。

由于波导端口看到硅和二氧化硅两种材料，属于非QTEM波导，有色散属性，T-solver的Specials推荐用Generalized (mode tracking) 的模追踪来处理端口。

端口为默认波导端口, 激励模式为1. 当然可以增加激励模式，观察端口的色散。（色散的具体观察方法，我们另外写文章说明）

Step 2. 开始仿真

然后直接开始仿真，由于有一个电场监视器定义在波长1550nm，下面图即为电场传播结果，结果是abs，所以不到10个波长。

Step 3. 后处理

本案例重点是三个后处理，都在Optical类别，如果用户是用的Optical光学模板的话，这些后处理是可以自动生成的。

第一个，Convert all 1D Results from Frequency To Wavelength, 将所有的1D结果横坐标由频率改为波长。

S参数也符合预期，S21较大，S11很小，传输效果好，如下图：

第二个, Calculate Effective Refractive Index for Waveguide Modes, 计算等效折射率，直接运行，无需设置。

这里可以看到群折射率（4.1左右）比等效折射率（2.3左右）高，说明群速度小于相速度。

这里折射率和群折射率定义如下，也说明了群速度一直小于相速度。这些是我们分析光传播特性的重要参数，可以影响我们对要不要考虑材料色散和端口色散的决定。

第三个，Calculate Reflectance – Transmittance – Absorbance, 计算反射率、透射率和吸收率，这个也是我们重点关注的结果。

反射率R11= |S11|^2

透射率T21=|S21|^2

吸收率A1=1-|S11|^2-|S21|^2

均可用Mix Template再计算验证，这里我们只验证一下反射率：