Tutorial FDTD: Modulatore Mach-Zehnder in silicioTutorial FDTD: Modulatore Mach-Zehnder in silicio
1. Panoramica: cosa simulerai.1. Panoramica: cosa simulerai.
Un modulatore Mach-Zehnder (MZM) è un componente fotonico interferometrico che converte un segnale di controllo elettrico in una variazione di ampiezza (o intensità) ottica. La luce viene divisa in due bracci di guida d’onda, accumula una differenza di fase relativa e viene quindi ricombinata. La potenza in uscita dipende dalla relazione di fase tra i due bracci: quando i bracci si ricombinano in fase, l’uscita è intensa, mentre quando si ricombinano fuori fase, l’uscita viene attenuata.Un modulatore Mach-Zehnder (MZM) è un componente fotonico interferometrico che converte un segnale di controllo elettrico in una variazione di ampiezza (o intensità) ottica. La luce viene divisa in due bracci di guida d’onda, accumula una differenza di fase relativa e viene quindi ricombinata. La potenza in uscita dipende dalla relazione di fase tra i due bracci: quando i bracci si ricombinano in fase, l’uscita è intensa, mentre quando si ricombinano fuori fase, l’uscita viene attenuata.
Nel campo della fotonica a base di silicio, i modulatori di Mach-Zehnder (MZM) sono ampiamente utilizzati per le comunicazioni dati ad alta velocità, l’ottica coerente, le interconnessioni ottiche e la fotonica a microonde integrata. I dispositivi pratici implementano in genere il controllo di fase utilizzando meccanismi elettro-ottici disponibili sulla piattaforma (nel caso del silicio, si tratta spesso della dispersione dei portatori tramite giunzioni PN, condensatori MOS o riscaldatori per la regolazione termo-ottica). Indipendentemente dal meccanismo di azionamento, il nucleo ottico del dispositivo è lo stesso: uno splitter, due bracci a guida d’onda e un ricombinatore.Nel campo della fotonica a base di silicio, i modulatori di Mach-Zehnder (MZM) sono ampiamente utilizzati per le comunicazioni dati ad alta velocità, l’ottica coerente, le interconnessioni ottiche e la fotonica a microonde integrata. I dispositivi pratici implementano in genere il controllo di fase utilizzando meccanismi elettro-ottici disponibili sulla piattaforma (nel caso del silicio, si tratta spesso della dispersione dei portatori tramite giunzioni PN, condensatori MOS o riscaldatori per la regolazione termo-ottica). Indipendentemente dal meccanismo di azionamento, il nucleo ottico del dispositivo è lo stesso: uno splitter, due bracci a guida d’onda e un ricombinatore.
In questo tutorial, eseguirai una simulazione FDTD di una struttura rappresentativa di un modulatore Mach-Zehnder in silicio. L’obiettivo non è realizzare una simulazione completa che integri aspetti elettrici; invece, utilizzerai la propagazione del campo nel dominio del tempo per sviluppare una comprensione di come l’energia guidata si divide, si propaga attraverso i due rami e si ricombina all’uscita. Analizzerai delle immagini istantanee della densità di potenza e interpreterai le tracce temporali del rivelatore, compreso il ritardo di propagazione tra i rivelatori posizionati nei rami e il rivelatore posto più a valle, nel punto in cui i due rami si ricongiungono.In questo tutorial, eseguirai una simulazione FDTD di una struttura rappresentativa di un modulatore Mach-Zehnder in silicio. L’obiettivo non è realizzare una simulazione completa che integri aspetti elettrici; invece, utilizzerai la propagazione del campo nel dominio del tempo per sviluppare una comprensione di come l’energia guidata si divide, si propaga attraverso i due rami e si ricombina all’uscita. Analizzerai delle immagini istantanee della densità di potenza e interpreterai le tracce temporali del rivelatore, compreso il ritardo di propagazione tra i rivelatori posizionati nei rami e il rivelatore posto più a valle, nel punto in cui i due rami si ricongiungono.
Dal punto di vista numerico, questo esempio è volutamente «impegnativo»: il dominio di simulazione è relativamente ampio e genera una notevole quantità di dati che vengono salvati su disco. Ciò lo rende un buon banco di prova per l’intero sistema FDTD, che comprende la definizione della geometria, l’inserimento della sorgente, i bordi assorbenti CPML, il calcolo passo dopo passo nel tempo e l’estrazione dei dati dal rivelatore, oltre alla pipeline di output (immagini istantanee e visualizzatori dei dati del rivelatore).Dal punto di vista numerico, questo esempio è volutamente «impegnativo»: il dominio di simulazione è relativamente ampio e genera una notevole quantità di dati che vengono salvati su disco. Ciò lo rende un buon banco di prova per l’intero sistema FDTD, che comprende la definizione della geometria, l’inserimento della sorgente, i bordi assorbenti CPML, il calcolo passo dopo passo nel tempo e l’estrazione dei dati dal rivelatore, oltre alla pipeline di output (immagini istantanee e visualizzatori dei dati del rivelatore).
2. Creazione di una nuova simulazione2. Creazione di una nuova simulazione
Apri la finestra della nuova simulazione facendo clic sul pulsante «Nuova simulazione». In questa finestra, seleziona la categoria «Esempi FDTD» e quindi fai doppio clic sulla demo del modulatore Mach–Zehnder in silicio (che si trova in fondo all’elenco). Quando richiesto, salva la simulazione su un disco locale.Apri la finestra della nuova simulazione facendo clic sul pulsante «Nuova simulazione». In questa finestra, seleziona la categoria «Esempi FDTD» e quindi fai doppio clic sulla demo del modulatore Mach–Zehnder in silicio (che si trova in fondo all’elenco). Quando richiesto, salva la simulazione su un disco locale.
Questo esempio genera un gran numero di file durante l’esecuzione (snapshot, risultati del rilevatore e dati intermedi). Per questo motivo, è consigliabile evitare di salvarlo su un disco di rete o in una cartella virtualizzata/sincronizzata con il cloud (ad esempio, OneDrive). Un SSD locale è la soluzione ideale. Se lo si salva su un supporto di archiviazione lento, si potrebbe notare un aumento significativo del tempo di esecuzione o un rallentamento dell’interfaccia durante la scrittura dei dati.Questo esempio genera un gran numero di file durante l’esecuzione (snapshot, risultati del rilevatore e dati intermedi). Per questo motivo, è consigliabile evitare di salvarlo su un disco di rete o in una cartella virtualizzata/sincronizzata con il cloud (ad esempio, OneDrive). Un SSD locale è la soluzione ideale. Se lo si salva su un supporto di archiviazione lento, si potrebbe notare un aumento significativo del tempo di esecuzione o un rallentamento dell’interfaccia durante la scrittura dei dati.
3. Come orientarsi nella finestra principale3. Come orientarsi nella finestra principale
Il dispositivo viene visualizzato nella vista 3D nella scheda «Struttura dispositivo» (??). Dovresti essere in grado di individuare i due bracci dell’interferometro (i percorsi delle guide d’onda a forma di pista) e gli oggetti rilevatori colorati (viola, verde e rosso) posizionati lungo la struttura. I colori esatti non sono importanti, ma facilitano l’individuazione dei punti in cui vengono monitorati i segnali nella geometria.Il dispositivo viene visualizzato nella vista 3D nella scheda «Struttura dispositivo» (??). Dovresti essere in grado di individuare i due bracci dell’interferometro (i percorsi delle guide d’onda a forma di pista) e gli oggetti rilevatori colorati (viola, verde e rosso) posizionati lungo la struttura. I colori esatti non sono importanti, ma facilitano l’individuazione dei punti in cui vengono monitorati i segnali nella geometria.
In questo esempio, utilizzerai principalmente:In questo esempio, utilizzerai principalmente:
- Avvia la simulazione (▶) oppure premi F9 per iniziare il calcolo FDTD.Avvia la simulazione (▶) oppure premi F9 per iniziare il calcolo FDTD.
- Scheda «Output» per aprire le cartelle e i file contenenti gli screenshot e i dati del rilevatore.Scheda «Output» per aprire le cartelle e i file contenenti gli screenshot e i dati del rilevatore.
- Visualizzatore di immagini che consente di esplorare l’evoluzione nel tempo e osservare come cambia la densità di potenza.Visualizzatore di immagini che consente di esplorare l’evoluzione nel tempo e osservare come cambia la densità di potenza.
- Visualizzatore della potenza del rivelatore per rappresentare graficamente le curve temporali
power.csvper ciascun rivelatore.Visualizzatore della potenza del rivelatore per rappresentare graficamente le curve temporalipower.csvper ciascun rivelatore.
4. Esecuzione della simulazione4. Esecuzione della simulazione
Avvia la simulazione premendo F9 o facendo clic sul pulsante di riproduzione blu (▶). Questa simulazione è piuttosto complessa e richiede un tempo considerevole per essere completata, poiché la griglia è di dimensioni notevoli e perché vengono salvati su disco degli «snapshot» e i dati del rivelatore.Avvia la simulazione premendo F9 o facendo clic sul pulsante di riproduzione blu (▶). Questa simulazione è piuttosto complessa e richiede un tempo considerevole per essere completata, poiché la griglia è di dimensioni notevoli e perché vengono salvati su disco degli «snapshot» e i dati del rivelatore.
Su un computer portatile con una potenza sufficiente, un ciclo di elaborazione tipico richiede circa 10-15 minuti. Durante l’esecuzione, è possibile aprire la scheda «Output» e osservare la comparsa dei file. In particolare, si vedrà la directory snapshots/ e si potranno seguire i risultati dei diversi rilevatori (Rilevatore 0, Rilevatore 1, Rilevatore 2) man mano che la simulazione procede.Su un computer portatile con una potenza sufficiente, un ciclo di elaborazione tipico richiede circa 10-15 minuti. Durante l’esecuzione, è possibile aprire la scheda «Output» e osservare la comparsa dei file. In particolare, si vedrà la directory snapshots/ e si potranno seguire i risultati dei diversi rilevatori (Rilevatore 0, Rilevatore 1, Rilevatore 2) man mano che la simulazione procede.
5. Visualizzazione delle immagini istantanee della densità di potenza.5. Visualizzazione delle immagini istantanee della densità di potenza.
Aprire la cartella snapshots/ dalla scheda Output (??) per avviare il visualizzatore di immagini. Nella figura ?? è mostrata una finestra di esempio del visualizzatore. Utilizzando il pulsante blu con il segno più, aggiungere powerdensity.csv al visualizzatore. A questo punto, è possibile scorrere le immagini nel tempo utilizzando la barra di scorrimento.Aprire la cartella snapshots/ dalla scheda Output (??) per avviare il visualizzatore di immagini. Nella figura ?? è mostrata una finestra di esempio del visualizzatore. Utilizzando il pulsante blu con il segno più, aggiungere powerdensity.csv al visualizzatore. A questo punto, è possibile scorrere le immagini nel tempo utilizzando la barra di scorrimento.
Il modo più efficace per analizzare questa simulazione è seguire il flusso di energia guidata mentre si propaga attraverso il dispositivo. All’inizio, si vedrà la sorgente emettere energia nell’onda guida di ingresso, che raggiunge la zona di divisione. Man mano che il tempo passa, la potenza si divide tra i due rami. Le immagini successive mostrano come la potenza continua a propagarsi lungo i rami ad anello. Successivamente, i due rami si ricombinano e si può osservare come l’energia viene indirizzata verso la sezione di uscita.Il modo più efficace per analizzare questa simulazione è seguire il flusso di energia guidata mentre si propaga attraverso il dispositivo. All’inizio, si vedrà la sorgente emettere energia nell’onda guida di ingresso, che raggiunge la zona di divisione. Man mano che il tempo passa, la potenza si divide tra i due rami. Le immagini successive mostrano come la potenza continua a propagarsi lungo i rami ad anello. Successivamente, i due rami si ricombinano e si può osservare come l’energia viene indirizzata verso la sezione di uscita.
Alcuni esempi rappresentativi sono mostrati nelle figure ??–??. Anche senza modificare alcun parametro del dispositivo, queste immagini dimostrano chiaramente che si tratta di una struttura interferometrica: l’energia viene divisa, segue due percorsi fisicamente separati e poi si ricombina.Alcuni esempi rappresentativi sono mostrati nelle figure ??–??. Anche senza modificare alcun parametro del dispositivo, queste immagini dimostrano chiaramente che si tratta di una struttura interferometrica: l’energia viene divisa, segue due percorsi fisicamente separati e poi si ricombina.
snapshots/. Aggiungere powerdensity.csv e avanzare nel tempo.È stata aperta la visualizzazione delle immagini a intervalli di tempo a partire da snapshots/. Aggiungere powerdensity.csv e avanzare nel tempo.
6. Visualizzazione dei dati provenienti dai rivelatori6. Visualizzazione dei dati provenienti dai rivelatori
Durante l’esecuzione della simulazione (e al suo termine), vedrete i risultati dei rilevatori comparire nella scheda «Output» (??). Ogni voce relativa a un rilevatore avrà l’aspetto di una piccola icona simile a un CCD. Per aprire un rilevatore, fatevi doppio clic, quindi fate doppio clic su power.csv all’interno della cartella del rilevatore per aprire la finestra di visualizzazione dei dati di alimentazione del rilevatore.Durante l’esecuzione della simulazione (e al suo termine), vedrete i risultati dei rilevatori comparire nella scheda «Output» (??). Ogni voce relativa a un rilevatore avrà l’aspetto di una piccola icona simile a un CCD. Per aprire un rilevatore, fatevi doppio clic, quindi fate doppio clic su power.csv all’interno della cartella del rilevatore per aprire la finestra di visualizzazione dei dati di alimentazione del rilevatore.
In questo esempio vengono utilizzati tre rivelatori. Due rivelatori monitorano i due bracci dell’interferometro (in modo da poter confrontare il momento in cui l’energia guidata raggiunge ciascun rivelatore), mentre il terzo rivelatore è posizionato più a valle, nello stadio finale di uscita, dove i due bracci si ricombinano. I grafici relativi ai tre rivelatori sono mostrati in ??, ?? e ??.In questo esempio vengono utilizzati tre rivelatori. Due rivelatori monitorano i due bracci dell’interferometro (in modo da poter confrontare il momento in cui l’energia guidata raggiunge ciascun rivelatore), mentre il terzo rivelatore è posizionato più a valle, nello stadio finale di uscita, dove i due bracci si ricombinano. I grafici relativi ai tre rivelatori sono mostrati in ??, ?? e ??.
Durante questa fase di test, si dovrebbe osservare che la potenza inizia ad aumentare intorno a \(3 \times 10^{-13}\,\mathrm{s}\) nei due rivelatori situati alle estremità dei bracci, mentre il rivelatore a valle inizia a rispondere più tardi (circa il doppio del tempo precedente), poiché è posizionato più a valle lungo il percorso di propagazione, dopo che i bracci hanno percorso la loro traiettoria e si sono ricombinati. Questa è una dimostrazione diretta e intuitiva del ritardo di propagazione all'interno della struttura: i rivelatori situati alle estremità dei bracci rispondono per primi, mentre il rivelatore finale risponde più tardi perché l'energia guidata deve fisicamente percorrere una distanza maggiore.Durante questa fase di test, si dovrebbe osservare che la potenza inizia ad aumentare intorno a \(3 \times 10^{-13}\,\mathrm{s}\) nei due rivelatori situati alle estremità dei bracci, mentre il rivelatore a valle inizia a rispondere più tardi (circa il doppio del tempo precedente), poiché è posizionato più a valle lungo il percorso di propagazione, dopo che i bracci hanno percorso la loro traiettoria e si sono ricombinati. Questa è una dimostrazione diretta e intuitiva del ritardo di propagazione all'interno della struttura: i rivelatori situati alle estremità dei bracci rispondono per primi, mentre il rivelatore finale risponde più tardi perché l'energia guidata deve fisicamente percorrere una distanza maggiore.
Le tracce non sono perfettamente uniformi perché non stiamo applicando una media temporale aggressiva; invece, è possibile osservare come il contenuto, che varia nel tempo, si propaga attraverso i monitor. Interpretare questi grafici come rappresentazioni della potenza «istantanea» di solito non è l’obiettivo; in questo tutorial, l’interpretazione più utile è quella relativa al tempo di arrivo e all’evoluzione dell’inviluppo del segnale, mentre l’energia guidata continua a propagarsi e a interagire.Le tracce non sono perfettamente uniformi perché non stiamo applicando una media temporale aggressiva; invece, è possibile osservare come il contenuto, che varia nel tempo, si propaga attraverso i monitor. Interpretare questi grafici come rappresentazioni della potenza «istantanea» di solito non è l’obiettivo; in questo tutorial, l’interpretazione più utile è quella relativa al tempo di arrivo e all’evoluzione dell’inviluppo del segnale, mentre l’energia guidata continua a propagarsi e a interagire.
7. Controllo della modalità guidata.7. Controllo della modalità guidata.
Per comprendere meglio il funzionamento della simulazione, è utile ingrandire l’immagine per osservare più da vicino la modalità guidata all’interno della guida d’onda. Un esempio è mostrato in ??. In questa immagine, il rivelatore si trova all’interno della modalità guidata della guida d’onda.Per comprendere meglio il funzionamento della simulazione, è utile ingrandire l’immagine per osservare più da vicino la modalità guidata all’interno della guida d’onda. Un esempio è mostrato in ??. In questa immagine, il rivelatore si trova all’interno della modalità guidata della guida d’onda.
La modalità si presenta come una sequenza di punti o di brevi segmenti di linea. Questa rappresentazione è semplicemente un effetto secondario del metodo di rendering utilizzato nel visualizzatore delle immagini: i campi vengono rappresentati come punti di campionamento discreti per ridurre il carico sulla GPU e consentire la visualizzazione interattiva di simulazioni di grandi dimensioni. Nonostante questo stile di rendering, la propagazione della modalità guidata è molto chiara ed è facile osservare il campo che si propaga lungo la guida d’onda.La modalità si presenta come una sequenza di punti o di brevi segmenti di linea. Questa rappresentazione è semplicemente un effetto secondario del metodo di rendering utilizzato nel visualizzatore delle immagini: i campi vengono rappresentati come punti di campionamento discreti per ridurre il carico sulla GPU e consentire la visualizzazione interattiva di simulazioni di grandi dimensioni. Nonostante questo stile di rendering, la propagazione della modalità guidata è molto chiara ed è facile osservare il campo che si propaga lungo la guida d’onda.
È possibile sperimentare con diversi stili visivi utilizzando il pulsante della tavolozza dei colori nella barra degli strumenti del visualizzatore di immagini. Questo modifica la mappa dei colori utilizzata per visualizzare il campo di densità di potenza, il che a volte può rendere più facile individuare schemi di interferenza o aree con debole emissione di radiazioni.È possibile sperimentare con diversi stili visivi utilizzando il pulsante della tavolozza dei colori nella barra degli strumenti del visualizzatore di immagini. Questo modifica la mappa dei colori utilizzata per visualizzare il campo di densità di potenza, il che a volte può rendere più facile individuare schemi di interferenza o aree con debole emissione di radiazioni.
8. Modifica della lunghezza d’onda dell’eccitazione.8. Modifica della lunghezza d’onda dell’eccitazione.
Il comportamento delle strutture fotoniche, come gli interferometri di Mach-Zehnder, dipende in modo significativo dalla lunghezza d’onda della luce che le illumina. Nell’esempio fornito con OghmaNano, la lunghezza d’onda viene scelta in modo da corrispondere alla modalità guidata della guida d’onda in silicio. A scopo di verifica, modificheremo intenzionalmente la lunghezza d’onda in modo che la struttura non supporti più la propagazione guidata.Il comportamento delle strutture fotoniche, come gli interferometri di Mach-Zehnder, dipende in modo significativo dalla lunghezza d’onda della luce che le illumina. Nell’esempio fornito con OghmaNano, la lunghezza d’onda viene scelta in modo da corrispondere alla modalità guidata della guida d’onda in silicio. A scopo di verifica, modificheremo intenzionalmente la lunghezza d’onda in modo che la struttura non supporti più la propagazione guidata.
Accedere alla barra degli strumenti «Ottica» visualizzata in ?? e aprire l’editor della griglia ottica. Nelle impostazioni della lunghezza d’onda (??), modificare l’intervallo di lunghezze d’onda in modo che la simulazione venga eseguita con luce verde.Accedere alla barra degli strumenti «Ottica» visualizzata in ?? e aprire l’editor della griglia ottica. Nelle impostazioni della lunghezza d’onda (??), modificare l’intervallo di lunghezze d’onda in modo che la simulazione venga eseguita con luce verde.
Impostare la lunghezza d’onda iniziale a 530 nm e la lunghezza d’onda finale a 531 nm. Questo intervallo è molto più ristretto rispetto alla lunghezza d’onda utilizzata nell’esempio originale.Impostare la lunghezza d’onda iniziale a 530 nm e la lunghezza d’onda finale a 531 nm. Questo intervallo è molto più ristretto rispetto alla lunghezza d’onda utilizzata nell’esempio originale.
Dopo aver apportato questa modifica, riesegui la simulazione. Il risultato è mostrato in ??. Invece di rimanere confinato all’interno della guida d’onda, il campo ottico si propaga ora verso l’esterno, estendendosi nell’area di simulazione. Il risultato è una figura di radiazione notevole, che ricorda una farfalla o una ventola di interferenza.Dopo aver apportato questa modifica, riesegui la simulazione. Il risultato è mostrato in ??. Invece di rimanere confinato all’interno della guida d’onda, il campo ottico si propaga ora verso l’esterno, estendendosi nell’area di simulazione. Il risultato è una figura di radiazione notevole, che ricorda una farfalla o una ventola di interferenza.
Questo accade perché la lunghezza d’onda è ora molto più piccola rispetto alle dimensioni della guida d’onda, quindi la struttura non è più in grado di supportare una modalità guidata ben confinata. Di conseguenza, l’interferometro di Mach-Zehnder smette di comportarsi come un circuito fotonico e assume invece un comportamento più simile a quello di una semplice apertura radiante.Questo accade perché la lunghezza d’onda è ora molto più piccola rispetto alle dimensioni della guida d’onda, quindi la struttura non è più in grado di supportare una modalità guidata ben confinata. Di conseguenza, l’interferometro di Mach-Zehnder smette di comportarsi come un circuito fotonico e assume invece un comportamento più simile a quello di una semplice apertura radiante.
Questo esperimento mette in evidenza un importante principio di progettazione nell’ambito della fotonica integrata: le strutture a guida d’onda sono fortemente dipendenti dalla lunghezza d’onda. È possibile ripetere questo test utilizzando diverse lunghezze d’onda per determinare quali regioni dello spettro consentono la propagazione guidata all’interno di questa geometria.Questo esperimento mette in evidenza un importante principio di progettazione nell’ambito della fotonica integrata: le strutture a guida d’onda sono fortemente dipendenti dalla lunghezza d’onda. È possibile ripetere questo test utilizzando diverse lunghezze d’onda per determinare quali regioni dello spettro consentono la propagazione guidata all’interno di questa geometria.
9. Risoluzione della maglia e modalità di irraggiamento9. Risoluzione della maglia e modalità di irraggiamento
Nell’esempio predefinito, noterete che le curve della guida d’onda appaiono estremamente uniformi. Questo è intenzionale. Le curve uniformi contribuiscono a mantenere il modo ottico confinato all’interno della guida d’onda e a prevenire le perdite di radiazione quando il campo ottico cambia direzione.Nell’esempio predefinito, noterete che le curve della guida d’onda appaiono estremamente uniformi. Questo è intenzionale. Le curve uniformi contribuiscono a mantenere il modo ottico confinato all’interno della guida d’onda e a prevenire le perdite di radiazione quando il campo ottico cambia direzione.
Nella guida pratica, la struttura Mach-Zehnder è realizzata con quattro segmenti di guida d’onda curvi che formano un interferometro a forma di pista. Per dimostrare l’importanza di una geometria regolare, fare clic con il pulsante destro del mouse sull’elemento di guida d’onda curvo più vicino e selezionare l’editor della griglia (??).Nella guida pratica, la struttura Mach-Zehnder è realizzata con quattro segmenti di guida d’onda curvi che formano un interferometro a forma di pista. Per dimostrare l’importanza di una geometria regolare, fare clic con il pulsante destro del mouse sull’elemento di guida d’onda curvo più vicino e selezionare l’editor della griglia (??).
Questo apre la finestra dell’editor di mesh mostrata in ??. Individuate il parametro denominato «Segmenti dell’arco». Nell’esempio originale, questo valore è impostato su 32, il che produce una guida d’onda curva e uniforme.Questo apre la finestra dell’editor di mesh mostrata in ??. Individuate il parametro denominato «Segmenti dell’arco». Nell’esempio originale, questo valore è impostato su 32, il che produce una guida d’onda curva e uniforme.
Ridurre il numero di segmenti dell’arco a 1. Questo è il numero minimo di segmenti consentito e trasforma di fatto la curva sinuosa in un poligono approssimativo, composto da sezioni rettangolari.Ridurre il numero di segmenti dell’arco a 1. Questo è il numero minimo di segmenti consentito e trasforma di fatto la curva sinuosa in un poligono approssimativo, composto da sezioni rettangolari.
Quando si esegue nuovamente la simulazione, si osserverà una forte perdita di energia dovuta alle radiazioni nelle zone angolari della guida d’onda, come mostrato in ??. Quando il campo ottico raggiunge ogni brusca variazione di direzione, una parte dell’energia non viene più convogliata e si disperde sotto forma di radiazione.Quando si esegue nuovamente la simulazione, si osserverà una forte perdita di energia dovuta alle radiazioni nelle zone angolari della guida d’onda, come mostrato in ??. Quando il campo ottico raggiunge ogni brusca variazione di direzione, una parte dell’energia non viene più convogliata e si disperde sotto forma di radiazione.
Osserverete anche una certa emissione di radiazioni nelle vicinanze della zona di iniezione della sorgente. Questa emissione è semplicemente dovuta a una discrepanza tra la modalità propria della sorgente iniettata e la modalità propria esatta della guida d’onda e può essere trascurata ai fini della presente dimostrazione.Osserverete anche una certa emissione di radiazioni nelle vicinanze della zona di iniezione della sorgente. Questa emissione è semplicemente dovuta a una discrepanza tra la modalità propria della sorgente iniettata e la modalità propria esatta della guida d’onda e può essere trascurata ai fini della presente dimostrazione.
10. Modifica della sorgente luminosa10. Modifica della sorgente luminosa
Infine, esamineremo brevemente come è possibile modificare la sorgente di eccitazione. Per impostazione predefinita, la simulazione utilizza una sorgente continua a forma d’onda sinusoidale. Tuttavia, OghmaNano consente di configurare un’ampia gamma di tipi e parametri di sorgente.Infine, esamineremo brevemente come è possibile modificare la sorgente di eccitazione. Per impostazione predefinita, la simulazione utilizza una sorgente continua a forma d’onda sinusoidale. Tuttavia, OghmaNano consente di configurare un’ampia gamma di tipi e parametri di sorgente.
Passando alla visualizzazione mostrata in ??, si può vedere la sorgente di eccitazione rappresentata da una freccia verde che emerge dalla parte inferiore della guida d’onda. Cliccare con il tasto destro su questa freccia e selezionare «Modifica oggetto» (??).Passando alla visualizzazione mostrata in ??, si può vedere la sorgente di eccitazione rappresentata da una freccia verde che emerge dalla parte inferiore della guida d’onda. Cliccare con il tasto destro su questa freccia e selezionare «Modifica oggetto» (??).
Questo apre l’editor della sorgente luminosa (??), che consente di configurare la forma d’onda di eccitazione. Invece di utilizzare un’onda sinusoidale continua, è possibile specificare impulsi, modificare i tempi di inizio e fine o eccitare diverse componenti del campo.Questo apre l’editor della sorgente luminosa (??), che consente di configurare la forma d’onda di eccitazione. Invece di utilizzare un’onda sinusoidale continua, è possibile specificare impulsi, modificare i tempi di inizio e fine o eccitare diverse componenti del campo.
Un esperimento utile consiste nell’impostare la durata della sorgente in termini di passaggi di simulazione anziché in femtosecondi. Ad esempio, si può impostare il tempo finale a circa 400 passaggi. Durante l’esecuzione della simulazione, la sorgente emetterà un impulso di luce nella guida d’onda e quindi si disattiverà. A questo punto, si potrà osservare come il pacchetto di onde risultante si propaga attraverso l’interferometro e, infine, esce dalla struttura.Un esperimento utile consiste nell’impostare la durata della sorgente in termini di passaggi di simulazione anziché in femtosecondi. Ad esempio, si può impostare il tempo finale a circa 400 passaggi. Durante l’esecuzione della simulazione, la sorgente emetterà un impulso di luce nella guida d’onda e quindi si disattiverà. A questo punto, si potrà osservare come il pacchetto di onde risultante si propaga attraverso l’interferometro e, infine, esce dalla struttura.
È inoltre possibile sperimentare con diverse componenti del campo elettromagnetico (polarizzazione lungo gli assi x, y o z) o testare diverse forme d’onda. Queste variazioni si rivelano estremamente utili nello studio del comportamento transitorio, del ritardo di gruppo o della distorsione dell’impulso nei dispositivi fotonici.È inoltre possibile sperimentare con diverse componenti del campo elettromagnetico (polarizzazione lungo gli assi x, y o z) o testare diverse forme d’onda. Queste variazioni si rivelano estremamente utili nello studio del comportamento transitorio, del ritardo di gruppo o della distorsione dell’impulso nei dispositivi fotonici.
Con questo si conclude il tutorial sul modulatore di Mach-Zehnder. Sperimentando con la lunghezza d’onda, la risoluzione della griglia e i parametri della sorgente, è possibile esplorare come le strutture fotoniche guidano, confinando e manipolando i campi ottici nei circuiti fotonici integrati.Con questo si conclude il tutorial sul modulatore di Mach-Zehnder. Sperimentando con la lunghezza d’onda, la risoluzione della griglia e i parametri della sorgente, è possibile esplorare come le strutture fotoniche guidano, confinando e manipolando i campi ottici nei circuiti fotonici integrati.