光波导中模式理解-2（含TE偏振筛选代码）

光波导中模式理解-2（含TE偏振筛选代码）

参考文献

[1] H. Wenzel, P. Crump, J. Fricke, P. Ressel and G. Erbert, "Suppression of Higher-Order Lateral Modes in Broad-Area Diode Lasers by Resonant Anti-Guiding," in IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 49, no. 12, pp. 1102-1108, Dec. 2013, doi: 10.1109/JQE.2013.2288002.

[2] X. Zhao, S. Zeng, Y. Zhu, Y. Wu and L. Zhu, "High Power Single Mode Triple-Ridge Waveguide Semiconductor Laser," 2020 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), San Jose, CA, USA, 2020, pp. 1-2.

 摘要

本文主要对2个仿真参数（1）TE polarization fraction Ex和（2）waveguide TE/TM fraction (%)进行物理理解。理论参考FDE solver analysis window 中的Mode List—— https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360034396734。并给出筛选TE模偏振的脚本实例。

（Para1）TE polarization Fraction

 

TE偏振的定义通常用于集成光学中，对于光纤同样可以使用这一定义判别模式的偏振。

假设轴向方向（传播方向）是z轴，那么TE polarization fraction Ex定义为

其中|Ex|²+|Ey|²=|E_|||²是指模式横截面的光强（横向光强）。在描述光在波导中传输时，使用“纵向”描述沿波导的轴向，也就是传播方向；“横向”指波导的横截面。电场E的平方表示光强^[1]。

在此定义下，如果TE polarization fraction Ex=100%，那么这个模式就是完全TE偏振pure TE-polarized。相反，如果TE polarization fraction Ex=0%，那么这个模式就是完全TM偏振 pure TM-polarized。请注意，存在准偏振的模式quasi-polarized modes，这类模式不会在某个方向上完全偏振。

（Para2）Waveguide TE/TM Fraction

 

TE/TM分量指的是电场或磁场E/H field在传播方向上的分量，它等于积分横向场强transverse field 除以积分总场强：

其中，E⊥和 H⊥指的是传播方向上的分量，A_||是模式横截面的积分区域。

TE模指传播方向上没有电场，TM模指传播方向上没有磁场。TEM模指传播方向上没有电场也没有磁场（TE/TM fraction=100%/100%）。平面波一定是TEM模式，TEM模不一定是平面波。在波导中几乎没有TEM模式。

TE是指电场在平面内，垂直于面内的方向是z。TM是指磁场在平面内。

实例-判断脊波导中的TE模式及脚本代码

参考文献[2]，只考虑TE偏正模式，即筛选TE polarization fraction Ex=100%的模式。

select("::model::FDE::data");

addanalysisresult("neff1");

addanalysisresult("neff2");

addanalysisresult("neff3");

 

#filter TE polarization fraction>0.9

n=3; #the raws of the matrix.

M = matrix(1,n);

i=1;

flag = getdata('mode1','TE polarization fraction');

if (flag>0.9) {#如果是TE偏振，依次将neff填入矩阵M；如果不是TE偏振，则什么都不做，矩阵元素仍然是0。

    M(i)=real(getdata('mode1','neff'));

   i=i+1 ;  }

if (M(n)!=0) {  

    neff1=M(1);

    neff2=M(2);

    neff3=M(3);

    break; }#如果矩阵最后一个元素不是0，说明矩阵填完了，赋值M中的元素，跳出程序。

else {flag = getdata('mode2','TE polarization fraction');}

#否则，如果矩阵最后一个元素是0，还要继续填充矩阵，判断下一个模式。

 

#---copy and modify the mode order---#

if (flag>0.9) {

    M(i)=real(getdata('mode2','neff'));

   i=i+1 ;  }

if (M(n)!=0) {  

    neff1=M(1);

    neff2=M(2);

    neff3=M(3);

    break; }

else {flag = getdata('mode3','TE polarization fraction');}

#------#