CST仿真實例：光子晶體微諧振腔分析和Q值提取
本期介紹基于文獻[1]的一種二維光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用路徑上加微諧振腔來實現(xiàn)一些特殊的濾波功能。一般是要看諧振頻率的變化和Q值變化，因為工藝誤差或任何造成結(jié)構(gòu)不規(guī)則的因素對這樣細小的結(jié)構(gòu)諧振來說影響非常大。下圖為文獻中提到的硅薄膜結(jié)構(gòu)，中間路徑上的8個橢圓柱體便是微諧振腔，4個一排算是布拉格反射器。
Step 1. 用光學(xué)應(yīng)用模板
工作頻率屬于紅外線，這里用F頻域求解，因為要研究諧振腔。
Step 2. 建模
畫法有很多種，這里我們先畫空氣柱，半徑182nm，高205nm，周期520nm，用60度正弦算位移就行:520*sind(60)。
然后刪去周圍不用的圓柱，在畫個方塊作為硅薄膜，材料Silicon(opticalIR)，然后insert布爾運算。
兩邊加上寬800nm的傳輸線各一段。
Step 3. 仿真
邊界用open(add space)，為了加快仿真速度，XZ面電對稱，XY面磁對稱。這里強調(diào)一下，CST的PML邊界精度二十年前就可以達到極低，是很高級很成熟的技術(shù)，不是所有的PML邊界都能叫“完美吸收邊界”的哦。
接下來就可以仿真了。其實T和F都可以，因為還沒加微諧振腔。要想二者結(jié)果匹配的好，提高精度，加密網(wǎng)格，材料統(tǒng)一，尤其是非均勻的波導(dǎo)的端口模式和色散，都是關(guān)鍵。這里跳過設(shè)置細節(jié)，直接上結(jié)果，可以看到兩個算法不同網(wǎng)格都能在THz拿到非常一致的結(jié)果。（當(dāng)然想要再精確也可以，只要有時間繼續(xù)等嘍；誰再不相信CST時域諧振點算不準(zhǔn)，出來挨打）
S21當(dāng)然也一樣好，這里直接看傳輸率，轉(zhuǎn)換公式見之前的光傳輸線案例。
場監(jiān)視器在1517nm，屬于通帶：
Step 4. 加微諧振腔
接下來就可以挖幾個膠囊形的結(jié)構(gòu)，可以畫中間方塊加上兩邊兩個圓柱體，也可以畫大方塊然后把四個邊做個blend切圓滑。位置就對稱中心吧，其實x軸方向上移動位置是會影響諧振頻率的。
加上諧振腔之后就必須推薦F求解器了，因為T求解器會慢很多，能量收斂慢。但不是不能用T-solver啊，等的起沒問題啊，這里我就任性一下，兩個都用，為了展示一下結(jié)果對比?？梢姶蟛糠诸l段都被反射，只有大概197 THz部分可以通過，所以是濾波效果。這個峰值是研究重點。
場監(jiān)視器在1517nm，屬于禁帶：
Step 5. Q值運算
兩個方法，從能量衰減一半計算，或者3dB頻段來算，不管哪個方法，都需要先用x at Global y-Maximum后處理提取S21的峰值頻率，我們命名為fn（fn不在下圖）。
能量法：
這個只能是時域結(jié)果用，因為需要能量衰減曲線，峰值頻率fn乘以2pi就是，然后需要算出從能量曲線衰減一半所用時間t，最后Q就有了。這里用-20dB和-23dB對應(yīng)的時間差算t。
這里時域算出Q為587。
頻段法：
這個就容易些，時域頻域都可以，有了S21，用3dB頻段就可以：
時域這里Q值算出來是591。
頻域的話同樣辦法算出來是608。
其實誤差就在于S21曲線準(zhǔn)不準(zhǔn)嘍，所以仔細看S21，這一點點差別能造成Q值10-20的誤差。
[1]：M"arki,I., Salt, M., & Herzig, H. P. (2006). Tuning the resonance of aphotonic crystal microcavity with an AFM probe. Optics Express, 14(7), 2969.doi:10.1364/oe.14.002969
