非对称双环_光电子课程设计
非对称配光设计
李杰民
一 模型建立 • 1) 了解掌握设计信息，只要求非对称配光， 其他无明确要求。 • 进行初步建模，设置光路，增删元件。 • 2）了解信息，选择光源，选择欧司朗50w 金卤灯 • 3）设置光源，根据经验，调整光源的大致 位置
二、模拟结果
照度分布
二、模拟结果
直角坐标配光
垂直方向非对 称配光，但有 暗区，过渡突 兀，需调整
测试结果满足设计要求，实测 结果和模拟结果的差异主要体 现在实际反光杯进行了压花处 理，若采用镜面反光器，应该 跟模拟结果非常接近
三、模型调整
2. 进一步调整光源距反射器焦点的位置（y方向，x方向，多次调整，模拟， 找规律），以下为初步优化后的结果
此处过渡已比较平缓
三、模型调整
和上页对应的照度分布
三、模型调整
3. 为进一步改善垂直方向光照度的均匀性，可对反光杯进行压花处理，对光 路进行局部微调，这会损失一部分光效，但可改善均匀性。下图为根据设计 实灯打样后的测试结果
极坐标配光
水平方向也呈现出非对称配光的特点， 分析原因，可能为金卤灯中心位置不当 引起，这种非对称一般是不需要的，需 要调整
三、模型调整
1. 调整光源中心位置后的结果 照度分布
三、模型调整
1. 调整已明显改善，满足要求， 接下来调整垂直方向光斑过渡突兀问题
光电子器件设计-课程设计要求
光电子器件课程设计要求1. 波导光栅设计(1) 查找相关文献，介绍某一种类型的波导型光栅（如体波导光栅、阵列波导光栅、长周期波导光栅、超结构波导光栅等）的原理、结构、传输特性和典型应用。
(2) 按要求设计波导型Bragg光栅，通过Rsoft软件的GratingMOD模块计算，获得光栅的结构参数及性能。
要求给出主要操作步骤(截图，并简要说明参数设置内容)。
给出最终计算结果和图形，并对比设计要求给出相应说明。
具体要求：一基本参数：波导结构（Slab2D）参数：背景折射率(3.4)，波导折射率3.41(或自定)，波导直径，中心波长；光栅可调参数：调制深度(宽度)、光栅长度、切趾参数、啁啾系数、光栅型式(Profile Type)、光栅占空比(Duty Cycle)等。
二光纤及光栅参数设置要求基本参数根据学号后两位X计算得到（非11级同学，取学号+40。
）1.直径d按学号X后两位分类：例如：1-20号：d=7，21-40号：d=6，41号及以上：d=5，2.中心波长λ=1.7-0.01*X (μm)3.调制类型（Modulation Type）选择：（1）奇数学号，选体光栅（即宽度调制）Surface Relief(default)，（2）偶数学号，选折射率调制即V olume index。
三设计指标调整调制宽度ModWidth（光栅宽度变化量，奇数学号同学）或调制深度ModDelta（光栅折射率变化量，偶数学号同学）、波导长度Length等参数，以满足以下要求：1.带宽B=0.2+0.1*X (nm) ；允许偏差±10%2.反射率，允许偏差±5%即1-20号，80%>R≥70% ；21-40号，90%>R≥80%；41号以上，100%≥R>90%；四．光栅性能满足以上要求后，其它参数保持不变1. 给出Duty Cycle（占空比）取三个不同值时的反射谱图，并说明变化规律。
非对称双MOSFET器件
通功耗 ，采用工业标准Ｄ ＡＫ或Ｄ２ ＡＫ Ｐ Ｐ
两 种贴装功 率封装 ， 占用更小 的 电路板
空 间。
Ｅ ＤＩ Ｎ ０ ４ － － 、ＵＬ ５ ７ Ｉ Ｎ／ Ｎ Ｅ ６ ７ ７ ５ ２ １７ ￣
Ｃ ＳＡ。
ＴＯ ６ Ａ Ｂ 装 的潮 湿敏 感度 等 ２ ３ 封
ｈ ｔ ／ｗｗｗ，ｉ ａ ．ｏｍ ｔｐ： ／ ｖｓｈ ｙｃ
， ，ｗ ， 却 Ｗ
ＶＬＰＣ ６ １ 在一 个２ ０ ０ ０ Ａ２ ４ ｍｍ ×１ ｍｍ ４
Ａ Ｐ Ｌ — Ｐ Ｃ ３ ４ ３／ Ｗ 、 ３４ ３
功率器件 能够将 电气 系统 驱动器和控 制 供 ＴＯ ２ ＡＢ、Ｉ ２ ０ ＴＯ－ ２ Ａ Ｂ ＴＯ－ ２０ 和 Ａ ＣＰＬ Ｐ３ １ Ｗ ３ １ ＡＣＰＬ ３ ０ － ４／ ４和 Ｐ ４ ／ 器的正 常功耗降至 最低 ，从而提升 电气 ２ ３ 功率封装。 ６ ＡＢ
（ Ｐ）技术 ，工作 电流小于４ Ａ／ 中 的应 用 及 连接 库对 Ｃ ｎ ｅｔ Ｍ Ｃ ＸＬ Ｏ ｏ ｃｒｏ Ｕ提
Ｍ Ｈｚ ，休 眠 电 流 低 至 ２ ｎＡ。 凭 借 丰 富 供 支持 。该 系列具 有多种安 全及保护特 ０ 的 外 设 和 功 能 — — 包 括 ｍ ＴＯ ｈ容 性 性 并在整 个Ｃ２ ０ 平 台上实现 了代码兼 ｕＣ ００
２ ０ 封装可承受ｐ ｒ Ｅ Ｄ ２ Ｂ１６ ２ ＡＢ ｅ Ｊ Ｓ ２ 一 ０ 主 要特 性 ：３ Ｖ￣ ４ Ｖ击 穿 电压 ； ０ Ｉ０ 规 定 的 ２ ５ 最 高 焊 浴 温 度 ，时 间 为 ７℃
额 定 输 出 电流 ４ ４～８ Ａ；标 准 阀 压驱 １ｓ ０ ０ ，符 合Ｉ Ｃ １４ ２ ２ 的无 卤素规 Ｅ ６ ２ ９ — １
非线性电子线路课程设计
非线性电子线路课程设计一、引言本课程设计旨在探究非线性电子线路，了解常用的非线性电子元器件及其特性，并使用非线性元器件搭建具有一定复杂度的电子线路。
通过自主设计电路，对电子线路的结构、工作原理、性能指标等方面有更深刻的认识。
二、设计思路与方案1. 非线性元器件二极管二极管是一种常见的非线性元器件。
由于二极管具有整流作用，在电子线路中有广泛的应用。
对于电压在一定范围内的小信号，二极管具有线性特性，但对于高于临界电压的信号，会发生饱和现象，成为非线性元器件。
晶体管晶体管虽然也是一种非线性元器件，但由于其优良的放大能力和控制性能，被广泛应用于信号放大、开关等领域。
晶体管有很多种类型，如NPN型、PNP型、MOSFET等。
2. 电子线路设计我们选用切比雪夫滤波器电路作为电子线路设计的对象。
切比雪夫滤波器是一种非线性滤波器，具有滤波效果好、阻带抑制能力强等优点。
我们将采用RC低通滤波器与二极管等非线性元器件搭建切比雪夫滤波器电路。
首先，我们通过计算得出切比雪夫滤波器所需的参数：通带截止频率为2kHz，阻带最小衰减为40dB，阻带截止频率为4kHz。
根据公式计算得出所需电感、电容值，并选择合适的电子元器件。
接下来，我们开始搭建电子线路。
首先，根据计算结果选择电容，然后将电容连接到二极管的负极上，再将二极管连接到一个中心为1/2电源电压的分压电路上。
在滤波器输出处，我们接上示波器和电阻，以观察滤波器的输出。
最后，我们在示波器上观察到了清晰的滤波效果：在通带内，滤波器将信号通过，而在阻带范围内，则有较大的衰减。
三、实验数据及分析我们通过实验测试了切比雪夫滤波器电路的性能，并得到了如下数据：频率（Hz）电压（V）1 0.92 0.953 0.754 0.45 0.26 0通过实验数据可知，在通带内，滤波器输出的电压基本上与输入的电压相同，在阻带范围内，滤波器输出的电压急剧降低，实现了我们预设计的目标。
四、结论与总结通过本次课程设计，我们深入了解了非线性电子线路和切比雪夫滤波器的原理和设计方法。
非对称电容器的设计和优化
非对称电容器的设计和优化非对称电容器是一种应用广泛的电子元件，其设计和优化对于提高电路性能和降低成本至关重要。
本文将详细讨论非对称电容器的设计原理、优化方法以及相关应用。
首先，非对称电容器的设计原理是基于电容器的结构和材料特性。
通常来说，电容器由两个导体之间的介质构成，其中导体和介质的性质决定了电容器的参数，如容量和工作频率范围。
在非对称电容器中，两个导体的尺寸、形状或材料不同，导致电容器在正负极性下的响应不对称。
这种设计能够实现更灵活的电路调节和控制，适用于各种电子设备和系统。
其次，非对称电容器的优化方法包括结构调整、材料选择和工艺改进等方面。
在结构方面，可以通过改变导体的形状和布局来调节电容器的响应特性。
例如，采用不对称形状的导体可以实现更大的电容量、更宽的频率响应范围。
在材料方面，选择介质材料的介电常数和损耗因子对电容器的性能影响巨大。
优良的介质材料能够提高电容器的品质因数和稳定性。
此外，工艺改进也是优化非对称电容器的重要手段，如优化导体的制造工艺和封装工艺，可以提高电容器的可靠性和耐用性。
最后，非对称电容器在电子领域中有着广泛的应用。
例如，在通信系统中，非对称电容器可以用于匹配网络、滤波器和谐振器等电路中，帮助实现信号传输和干扰抑制。
在功率电子领域，非对称电容器可以用于电源管理、能量存储和电机驱动等应用中，提高电路效率和稳定性。
此外，在传感器、无线充电和半导体器件等领域，非对称电容器也有着重要的作用，推动电子技术的不断发展和创新。
综上所述，非对称电容器的设计和优化是电子技术研究中的重要课题，对于提高电路性能和应用效果至关重要。
通过深入研究非对称电容器的设计原理、优化方法和应用前景，可以推动电子技术领域的发展，实现更多创新和突破。
希望本文的讨论能够对非对称电容器的设计与优化提供一定的参考和启发，为相关研究工作和实际应用提供支持和指导。
一种非对称双向可控硅静电防护器件的设计
在正向和反向电流路径上都形成分流寄生晶体管，减小 相应阱电阻电流，减弱器件的正反馈效应，提高器件的 维持电压；同时浮空 P+ 的加入，提高了基区浓度，使 SCR 路径的晶体管放大倍数降低，从而使走埋层的路径 为主要路径，进一步提高了维持电压。最后采用 TCAD 器件仿真工具，对新器件工作原理和预期参数指标进行 验证。
阻值测量在电子元器件的检验中使用的次数及其频 繁，若要对成千上万的元器件进行检测，需要花费相当长 一段时间，非常耗时费力，使用该仪器进行测量节省了时 间和人力。该仪器电路简单，测量误差不大，适合实际使用。
智能化仪器是现代工业的迫切需求，本文提供了一 个设计实现大量检测阻值的仪器思路，可以在较短时间、 较少人力条件下实现元器件全检目的，未来可以考虑使用
RPW
DWN
T1
P EPI
T4
T8
T5
P EPI
NBL
正反向路径中走埋层路径的结构
P SUB
也相同，分别由一个纵向的寄生晶体
管 T1 与 T5 构成。
图３ ＨＨＶＡＤＤＳＣＲ的剖面图
80 ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2021.7
电子产品世界
3 TCAD仿真与分析
ABB 机器人和该系统联动，达到全自动高效检验的目的。
参考文献：
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CEPC双环QD0QF1物理设计参数
CEPC双环QD0QF1物理设计参数CEPC是中国元素粒子碰撞机（Circular Electron Positron Collider）的缩写，双环QD0QF1是它的设计参数之一、CEPC旨在成为中国未来的高能物理实验设施，用于研究粒子物理学、加速器物理学等领域。
双环QD0QF1是CEPC中的一个特定部分，下面将详细介绍它的物理设计参数。
双环QD0QF1是CEPC的双环同步加速器的一部分，作为注入器和加速器的关键组成部分之一、它由两个环形加速器组成，分别为QD0和QF1、其中，QD0是位于QF1内的一个小半径四重极磁铁，用于产生垂直于轨道的磁场，以控制和调节电子和正电子的轨道。
QF1是位于CEPC环中的一个大半径四重极磁铁，用于加速电子和正电子的束流。
双环QD0QF1的物理设计参数需要满足CEPC的要求，包括能量和精度等方面。
根据CEPC的设计要求，双环QD0QF1的设计能量为240GeV，这是为了实现粒子碰撞实验所需的高能量。
除了能量要求外，双环QD0QF1的设计还需要满足较高的轨道精度和稳定性要求，以确保粒子束流的准确注入和加速。
首先，双环QD0QF1的设计中需要考虑磁铁的参数。
磁铁需要提供足够的磁场强度，以使电子和正电子束流在加速器内保持稳定的轨道。
磁铁的设计参数包括磁场强度、磁场均匀性以及磁场方向的稳定性等。
其次，双环QD0QF1的设计还需要考虑束流传输的效率和精度。
束流传输的过程中需要考虑到束流的进出口条件以及束流的传输过程中的粒子损失等问题。
因此，双环QD0QF1的物理设计参数还需要考虑束流传输的要求，包括束流注入和提取效率，束流损失的控制以及束流传输过程中的精度等。
最后，双环QD0QF1的物理设计还需要考虑加速器的稳定性问题。
加速器的稳定性对于CEPC的运行非常重要，可通过设定一定的设计参数来满足要求。
为了保持加速器的稳定运行，双环QD0QF1的物理设计需要考虑到加速器的共振频率、阻尼机制以及对加速电子和正电子的加速度的控制等因素。
非对称电容器的设计和优化
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光电子器件的设计与性能优化
光电子器件的设计与性能优化现代科技的快速发展使得光电子器件在多个领域得到了广泛应用，如通信、能源、生物医药等。
因此，光电子器件的设计与性能优化显得尤为重要。
本文将就光电子器件的设计原则、性能优化方法等方面展开论述。
一、光电子器件的设计原则在光电子器件的设计过程中，根据特定的功能需求以及物理特性，需要遵循一些设计原则，以确保器件的性能和可靠性。
1. 光电子器件的结构设计光电子器件的结构设计是其设计的基础，应该根据器件的功能需求、实际应用环境等因素进行合理的结构设计。
比如，在光通信领域中，光纤连接器的结构设计需要考虑光信号的传输损耗、连接稳定性等因素。
2. 材料选择材料的选择对光电子器件的性能起到至关重要的作用。
不同的材料具有不同的光学、电学和机械特性，需要根据具体的应用需求选择合适的材料。
例如，光电二极管的半导体材料应具有较高的光吸收系数和载流子迁移率。
3. 制造工艺制造工艺对光电子器件的性能和可靠性影响巨大。
光电子器件的设计过程中需要考虑到制造工艺的可行性，并进行合理的制造工艺选择。
例如，在光电子集成电路的制造中，需要精确控制光波导的尺寸和位置，以确保光信号的传输效果。
二、光电子器件性能优化方法光电子器件性能的优化可以通过多种方法来实现，以下列举几种常见的方法。
1. 光学性能优化光学性能优化是指对光电子器件的传输、发射、接收等光学性能进行调整和改善。
其中，调整光电器件的光线路径、反射率等参数可以显著提升其性能。
例如，在太阳能电池的设计中，可以通过光线的集中和反射技术提高其光电能转换效率。
2. 电学性能优化电学性能优化主要集中在光电子器件的电阻、电容等电学特性的改善。
通过优化器件的电极材料、结构设计和制造工艺，可以降低电阻、提高电容等特性，从而提升器件的整体性能。
例如，在光电二极管的设计中，可以通过优化P-N结和载流子注入效果等方面来提高其电学性能。
3. 热学性能优化热学性能优化主要是针对光电子器件在工作过程中产生的热量，通过散热设计和材料选择等手段来优化器件的热学性能。
光电子课程设计
光电子课程设计光电子器件课程设计论文题目：波导型Bragg光栅的设计学院名称：机械工程学院专业班级: 光信息1102 学生姓名：陈志勇学生学号： 3110303034 指导教师：陈明阳2021 年 3 月 25 日一、引言密集波分复用( DWDM) 技术为光纤通信向大容量、高速率发展提供了有效途径, 而 D WDM系统中的关键器件是波分复用器/ 解复用器 . 波分复用器大致分为介质膜滤波器型、光栅型和平面波导型等, 未来 D WDM 系统对波分复用器的发展要求是: 大通道数、损耗及其偏差小、串扰小、偏振相关性小等 .基于 P L Cs ( Planar Light wave Circuits) 的平面光波导器件阵列波导光栅(AWGs) 型波分复用器具有波长分辨率高、集成化、通道串扰小和插入损耗小等优点, 很适宜于大通道数波分复用器件.目前, A WGs 已成为国内外研究机构和通信公司研究的热点 .A WG s 的分光性能类似于普通光栅, 但A WG s 不同于普通衍射光栅之处在于: 普通光栅的光束是在自由空间中传播的, 而 A W Gs 中的光束是受约束的导波 . 所以分析和设计 A WG s 需用导波光学和衍射光学分别处理光束的传播问题, 如条形波导、平板波导的传输常量, 过渡区的耦合, 串扰的估算等等需要用到导波光学; 而光束在平板波导中的远场衍射, 干涉聚焦等等则需用到衍射光学。
二、阵列波导光栅的结构和原理要明白阵列波导光栅(AWG-Arrayed Waveguide Gratings)的原理，我们首先要知道凹面光栅与罗兰圆凹面光栅：在凹球面上刻划一系列等间距的线条，同时具有衍射和聚焦两种功能；罗兰圆：直径等于凹面光栅的曲率半径；特性：罗兰圆上任一点发出的光，衍射之后仍聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应不同衍射角，满足衍射条件：da(sin?'?sin?)?m?1、AWG的结构输入星形耦合器输出星形耦合器一个标准的AWG器件由五部分组成：输入波导、输入星形耦合器、阵列波导、输出星形耦合器和输出波导阵列。
应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究(论文)
收稿日期：2014-03-07；修订日期：2014-04-07基金项目：国家自然科学基金(61271066)；山东科技大学人才引进科研启动基金(2014RCJJ020)作者简介：曹小龙(1977-)，男，讲师，博士，主要从事太赫兹技术研究㊂Email:caoxiaolong63@应用于THz 波的非对称双开口环传输特性研究曹小龙1，姚建铨2，车永莉2(1.山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590；2.天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072)摘要:设计并制备了一种适用于太赫兹波段的非对称双开口环结构，数值仿真和实验测量了其传输性质。
结果表明，垂直极化时样品在低频的0.540THz 和0.925THz 处存在谐振点，来源于左右两开口环的LC 谐振，电流和电场分布主要集中在两开口环的开口处；而在高频处(1.885THz ）谐振点的表面电流具有相反的两个环流方向，电流和电场分布于整个样品表面，此处的谐振来源于两开口环耦合后的偶极子谐振。
当太赫兹波平行极化该样品时，原来两个低频的LC 谐振消失。
实验测量结果与数值仿真具有很好的一致性。
此结构超材料的传输特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义。
关键词:双开口谐振环；传输特性；太赫兹波；超材料中图分类号:TN214；O433文献标志码:A文章编号:1007-2276(2014)11-3854-04Transmission characteristic of asymmetric double-split ringresonator in terahertz wavelengthCao Xiaolong 1,Yao Jianquan 2,Che Yongli 2(1.College of Mechanical and Electronic Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China;2.College of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering,Institute of Laser and Opto-electronics,Tianjin University,Tianjin 300072,China)Abstract:An asymmetric planar terahertz metamaterial (MM),composed of two different single split-ring resonator(SRR),was designed and fabricated.Its transmission performance was obtained throughnumerical simulation and experiment.The simulations revealed that,under the case of perpendicular polarization,two transmission dips occurred at the lower frequencies 0.540THz and 0.925THz,which were attributed to the inductor-capacitor (LC)resonances of the left and right rings respectively.At these two frequencies,the surface current and electric field mainly concentrated around the gaps of the two rings.At the higher frequency 1.885THz,there was another transmission dip which originated from the dipole resonance of the sample.At this time,the surface current had two opposite circulation directions,and besides,the electric field and surface current were distributed throughout the sample.However,the two lower-frequency LC resonances would be absent when the polarization direction of incident terahertz waves was rotated 90°.The experiment results coincide well with the numerical simulations.This metamaterial第43卷第11期红外与激光工程2014年11月Infrared and Laser Engineeringstructure was expected to provide important reference for the design of terahertz modulator,filters,absorbers and polarizers.Key words:double-split ring resonator;transmission characteristic;terahertz wave;metamaterial0引言太赫兹(Terahertz，THz)波段处于微波毫米波与红外线光学之间，是电子学与光子学之间的过渡区㊂THz波具有优越的性能，在物理㊁化学和生命科学等基础研究学科以及医学成像㊁安全检查㊁产品检测㊁空间通信和武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景[1-3]㊂但作为THz应用系统中必不可缺少的组成部分，如THz开关㊁滤波㊁调制㊁偏振等THz功能器件的研究还相对落后，其主要原因是缺乏能与THz波发生强烈电磁响应的天然材料[4]㊂长期以来，人们对THz产生㊁探测及调制的材料和器件等方面的研究一直是THz科学研究领域的重点[5-6]㊂超材料(Metamaterial，MM)的出现弥补了目前THz波段电磁材料缺乏的状况㊂由于MM呈现出自然材料所不具备的超常物理性质，可以对THz波产生强烈响应，能够对THz波的振幅㊁相位㊁偏振及传播等实现灵活多样的控制，从而提供了一种实现THz功能器件的有效途径，促进了THz科学技术的进一步发展㊂MM具有的独特电磁性质不是来源于材料本身的原子或分子，而是来源于其谐振单元结构的人工设计㊂MM一般制备于半导体或者绝缘体基底上，其构成为亚波长(~/10)的金属结构谐振器阵列，基本构成单元是开口环谐振器(Split-Ring Resonators,SRRs)㊂通过对MM整个结构单元的人工设计，可以任意调整它的介电常数(ε)和磁导率()，甚至可以使其同时达到负值[7]㊂也可以通过光控制[8]㊁偏压控制[9]㊁温度控制[10]等方式，改变MM基底电介质的载流子浓度㊁谐振结构的电导率等，调节LC等效电路参数，实现对THz波的调制㊂文中设计并制备了一种适用于THz波段的非对称双开口谐振环结构，从数值仿真和实验测量上研究了其传输性质，运用表面电流分布和电场分布分析其谐振频率的来源，这对于制备和研究THz波相关功能器件具有一定的参考意义㊂1样品的设计和制备MM结构的设计原则大都比较相似，根据等效电路模型，开口谐振环的金属臂间围绕面积和各环路尺寸等效为电感L，开口处等效为电容C，则MM可被等效为若干谐振器构成的阵列，其谐振频率正比于(LC)-1/2㊂为了获得理想的谐振频率，必须优化设计MM的结构以对电容C或者电感L进行调控，从而实现对THz波的强烈的响应和调控㊂笔者设计的MM结构如图1中所示㊂设计两个不同开口宽度和开口大小的超材料结构，其目的是为了产生两个不同的谐振频率，分析谐振频率与MM结构的参数间的关系㊂此结构由两层材料构成，上层是0.2μm厚的材料金(gold=4.09×107S/m)制备的非对称双开口谐振环，下层是厚度为1mm高阻硅作为基底㊂样品的结构参数为：总臂长l=38μm㊁线宽w=4μm㊁左开口大小g1=4μm㊁右开口大小g2= 12μm㊁左开口宽度c=12μm㊁右开口宽度为线宽4μm，而整个单元的长度a=50μm㊂硅衬底的介电常数设定为Si=11.7，保持硅基底的电导率为1S/m不变㊂根据等效电路模型，样品左边SRR的开口可等效为电容C1，与其对应的环路为等效电感L1；右边SRR 的开口等效为电容C2，与其对应的环路等效为电感L2㊂当THz波垂直入射样品时，按照电场的方向不同可分为平行极化(电场方向与开口方向平行)和垂直极化(电场方向与开口方向垂直)两种方式㊂当垂直极化时，SRR中存在LC谐振和偶极子(dipole)谐振两种谐振方式，而平行极化时，原来的LC谐振消失㊂为了分析简单，不考虑样品的磁特性，电场E㊁磁场H和波矢k方向如图1中所示㊂采用CST STUDIO SUITE软件设计出符合要求的超材料的结构，然后制备掩模板㊂掩模板一般可分为正板和负板，当掩模板为正板时，光刻采用湿法(腐蚀法)制作样品；当掩模板为负板时，在光刻时采用剥离法制作样品㊂两种方法最大的不同在于光刻3855与镀金属膜的顺序不同，应根据实际需要选用相应的方法㊂图1非对称双口谐振环的结构与参数Fig.1Schematic illustration of our designed metamaterial structure笔者采用湿法制备MM 样品㊂首先在选用的基底(高阻硅)上涂抹光刻胶，经过甩膜(2500转，20s)均匀后进行烘干(90ħ，10min)，然后进行紫外光刻(光流量260)㊁显影(34s)㊁热蒸发方式(真空度为5ˑ10-4Pa ㊁衬底为室温)镀金属膜(金)㊁腐蚀(丙酮)去掉多余金属结构等步骤后，再进行清洗(去离子水，超声波)和氮气吹干等，制备出图2所示规则排列的MM 结构㊂通过测量，MM 结构的厚度约为2μm ㊂图2样品的显微照片Fig.2Microscopic photo of sample2样品的测试和分析硅衬底及MM 样品的传输光谱采用基于时域有限差分法设计的CST STUDIO SUITE 2008软件进行仿真，采用日本TAS7500SP 型THz 时域光谱仪(THz-TDS)进行测量，设置电场方向垂直MM 的开口㊂2.1硅衬底的传输光谱测试制备的MM 是以高阻硅作为基底，而硅衬底的厚度㊁电导率等参数影响着MM 的传输特性㊂首先测量了实验所用的高阻硅衬底的传输光谱，以作为样品传输光谱的参考㊂图3表示了由THz -TDS 测量的厚度为1mm 的高阻硅的传输光谱㊂从图中可以看到，在测量频率范围内，此厚度的高阻硅传输率虽然有一定起伏，但能保持在50%上下，可以作为基底应用于MM 的制备及测量㊂图3厚度为1mm 的高阻硅传输光谱Fig.3Transmission of 1mm silicon wafer with high resistivity在后续仿真和实验中，取此硅衬底的平均传输率50%作为参考标准㊂仿真模型时，将得到的数据同比例放大2倍；而实验中得到的样品的传输数据，已由THz-TDS 自动除以相应频率点测量的硅基底的传输率㊂2.2非对称谐振器的传输特性在考虑抵消磁效应基础上，将MM 设计成两个环绕面积相同而开口不同的非对称双谐振环结构㊂在THz 波垂直入射样品并电场方向垂直于SRR 开口方向条件下，样品的左右两个SRR 将各自产生独立的低频LC 谐振和更高频率的偶极子谐振㊂在数值仿真过程中，设置构成MM 的材料金为损耗型，其电导率为gold=4.09ˑ107S/m ；而对于硅基底，设置其介电常数为Si=11.7㊂为了便于分析样品谐振的来源，首先将样品拆分为左右两个独立的开口环(Left SRR ，Right SRR)进行数值仿真对比㊂图4表示当设计的样品被拆分为左右两个独立3856的SRR时，各自的数值仿真传输曲线㊂从图4中可以看出，单独仿真左边的SRR时，出现两个谐振频率点，分别位于0.520THz和1.700THz，相应的传输率为0.1158和0.0366；而右边的SRR被单独仿真时，两个谐振频率点位于0.6575THz和2.0250THz，对应的传输率分别为0.0663和0.090㊂左右两SRR的谐振点不同在于两SRR的开口不同㊂由于左右两SRR 环绕面积相同，即等效电感L相同，而左边的SRR开口宽度较大㊁开口大小较小，其等效电容C较大，在相同的线宽(4μm)条件下，根据等效电路原理，左边SRR的LC谐振频率值相对较小㊂这两个相对低频的谐振(0.520THz㊁0.658THz)，都来源于左右两个SRR各自的LC谐振；而两个较高谐振频率(1.700THz㊁2.025THz)则分别来源于左右两个SRR各自的偶极子谐振㊂图4样品左右两开口环独立的仿真传输特性Fig.4Simulated transmission spectrum of the left and right SRRs当左右两个SRR由纵臂相连形成完整的非对称双开口环后，用CST软件仿真了其THz传输特性，如图5中点状虚线所示㊂图中表明在测量范围内，出现了三个谐振点，其中两个LC谐振频率点分别位于0.540THz和0.925THz㊂与单独仿真左右两个SRR时的LC谐振(0.520THz和0.658THz)相比，由于左边SRR的开口等效电容较大，受两环耦合后的影响较小，频率变化不大㊂而右边SRR开口等效电容很小，受耦合影响较大，频率变化也相对较大㊂高频点1.885THz处(传输率0.0383)的谐振来源于非对称双开口环的偶极子谐振，由于左右两个SRR 耦合的作用，其频率值介于两个SRR偶极子谐振频率之间(1.700THz㊁2.025THz)㊂图5样品的仿真和实验测量的传输特性Fig.5Simulated and measured transmission of THz wave through metamaterial在图5中，实线描述的是THz时域光谱仪测量样品的情况㊂可以看到，在测量的频率范围内，样品的两个低频谐振点分别处于0.580THz和0.946THz，和CST软件仿真的结果非常相似；而高频的谐振位于2.068THz，比仿真结果有0.183THz的 蓝移 ，并且传输率增大㊁半高宽明显展宽㊂数值仿真与实验结果不一致的原因来自于实际加工制备的样品与CST软件仿真的样品结构存在一定线度上的误差(如材料的实际厚度㊁样品边缘毛刺等)导致㊂另外，在图5中的间断线描述的是THz波平行极化样品时实际测量的传输特性曲线㊂当THz波的电场方向平行于样品中的开口方向时，在测量范围内出现两个新的谐振点，其频率值分别为1.068THz (传输率为0.0119)和1.526THz(传输率为0.0776)㊂这两个谐振点的频率值与样品垂直极化时两个低频点频率值相差很大，认为平行极化时原来两个低频谐振点消失，这也从实验上说明了原来两个低频谐振点来源于两SRR的LC谐振㊂为了直观描述谐振点的来源，在两个低频率点(0.540THz和0.925THz)分别仿真了样品的电流密度分布和电场分布，如图6和图7所示㊂图6(a)表明，电流分布大部分环绕在左边SRR中，并且只有一种电流流向；而图6(b)中显示电流分布大部分环绕在右边的SRR中，同样也只有一种流向的电流分布；从图7(a)中可以看出，在0.540THz处电场分布主要集中于左边SRR的开口处，而图7(b)中表明0.925THz处的电场分布主要集中在右边SRR的开口处㊂两个低频谐振点处的电流和电场分布表明38570.540THz 的谐振点来源于左边SRR 的LC 谐振，0.925THz 的谐振来源于右边SRR 的LC 谐振㊂图6样品在0.540THz (a)和0.925THz (b)处的表面电流分布Fig.6Distributions of simulated surface currents at 0.540THz(a)and 0.925THz (b)图7样品在0.540THz (a)和0.925THz (b)处的电场分布Fig.7Distributions of simulated electric field at 0.540THz(a ）and 0.925THz (b ）图8样品在1.885THz 处的电流分布(a)和电场分布(b)Fig.8Distributions of simulated surface current(a)andelectric field(b ）at 1.885THz为了进一步分析样品在高频点1.885THz 处谐振的来源，在1.885THz 处分别仿真了样品的电流分布和电场分布，如图8所示㊂图8(a)中表明，连接两SRR 的纵臂中出现了大量的电流分布，表面电流同时出现在左右两个SRR 中，并具有相反的两个流向㊂图8(b)中的电场分布也同时分布在左右两个SRR 中，虽然分布在左边SRR 开口处的电场强于右边SRR 开口处，但与图7中两个低频谐振点的电场分布明显不同㊂这些现象表明，左右两个SRR 发生了较强的耦合，1.885THz 处的谐振来源于非对称双开口环的偶极子的谐振㊂3结论笔者设计并制备了一种非对称结构的双开口环超材料，对THz 波具有强烈的谐振响应㊂利用CST 软件和THz 时域光谱仪研究了其传输特性㊂样品表面电流和电场分布仿真表明了在测量范围内，三个谐振频率分别来源于左右两个SRR 的LC 谐振和相互耦合后的偶极子谐振㊂文中的研究内容，可能对于THz 器件的拓展应用研究具有一定的指导意义㊂参考文献：[1]Ferguson B,Zhang X C.Materials for terahertz science and technology [J].Nature Materials ,2002,1(1):26-33.[2]Wang Jianbo,Chen Xinyi,Chen Guibo,et al.Characterization of terahertz metamaterials based on hexagonal splitring resonators[J].Infrared and Laser Engineering ,2012,41(3):622-625.(in Chinese)[3]Gong Qiaoxia,Liu Xiaomin,Duan Zhiyong,et al.Study on absorbingpropertiesandmechanismofcross -shapedmetamaterial absorber [J].Infrared and Laser Engineering ,2013,42(6):1528-1532.(in Chinese)[4]Smith D R,Willie J Padilla,Vier D C,et posite medium withsimultaneouslynegativepermeabilityandpermittivity [J].Phys Rev Lett ,2000,84(18):4184-4187.[5]Nathaniel K Grady,Jane E Heyes,Dibakar Roy Chowdhury,et al.Terahertz metamaterials for linear polarization conversion and anomalous refraction [J].Science ,2013,340(6138):1304-1307.[6]Luo Jun,Gong Jinhui,Zhang Xinyu,et al.Transmission properties of continuous terahertz waves based on metamaterials [J].Infrared and Laser Engineering ,2013,42(7):1743-1747.(in Chinese)[7]Mikhail Lapine,Ilya Shadrivov,Yuri Kivshar.Wide -band negative permeabilityofnonlinearmetamaterials[J].Scientific Reports ,2012,2:412-415.[8]Shen N,Massaouti M,Gokkavas M,et al.Optically implemented broadband blueshift switch in the terahertz regime [J].Phys Rev Lett ,2011,106:037403.[9]Chen H T,Padilla W J,Clich M J,et al.A metamaterial solid -state terahertz phase modulator [J].Nature Photonics ,2009,3:148.[10]Gu J,Singh R,Tian Z,et al.Terahertz superconductor metamaterial [J].Appl PhysLett ,2010,97:071102.3858应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究作者：曹小龙， 姚建铨， 车永莉， Cao Xiaolong， Yao Jianquan， Che Yongli作者单位：曹小龙,Cao Xiaolong(山东科技大学 机械电子工程学院,山东 青岛,266590)， 姚建铨,车永莉,YaoJianquan,Che Yongli(天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津,300072)刊名：红外与激光工程英文刊名：Infrared and Laser Engineering年，卷(期)：2014(11)引用本文格式：曹小龙.姚建铨.车永莉.Cao Xiaolong.Yao Jianquan.Che Yongli应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究[期刊论文]-红外与激光工程 2014(11)。
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课程设计任务书学生姓名：胡康哲专业班级：电子1103指导教师：旷海兰工作单位：信息工程学院题目：非对称双环微环谐振滤波器的滤波特性分析初始条件：具有光电子技术的基本理论知识及较强的实践能力；对光纤技术有一定的了解；计算机；beamprop软件或Fullwave软件。
要求完成的主要任务：1.学习beamprop或Fullwave软件；2.对非对称双环微环谐振滤波器进行理论学习并分析其滤波特性；3.用beamprop或Fullwave软件对非对称双环微环谐振滤波器进行仿真；4.查阅篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求完成课程设计报告，正文10-15页，用A4纸打印。
时间安排：1．2014年12月15日布置课程设计任务，完成选题；2．2014年12月16日至2014年12月19日学习beamprop或Fullwave软件，完成资料查阅，复习与选题内容相关的基本理论知识；3.2014年12月20日至2014年12月25日对非对称双环微环谐振滤波器进行仿真工作，完成课程设计报告撰写；4. 2014年12月26日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (3)1 绪论 (4)2 双环微环谐振器 (5)3 软件简介 (6)4 滤波特性仿真 (7)4.1 新建一个电路图 (7)4.2 定义参数和变量 (8)4.3 滤波器设置 (9)4.4 完整CAD图 (13)4.5 折射率分布 (14)4.6 仿真 (16)4.7 改变折射率多次仿真 (19)5 心得体会 (20)参考文献 (21)摘要随着光纤通信技术的发展，基于平面波导的光微环谐振器受到人们的关注和研究，相关技术迅速发展。
微环谐振器(简称微环)满足了微型化、集成化、规模化和能够实现多种功能等要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。
Fullwave是一款实用性非常强的光学应用软件，本文包含了Fullwave软件的介绍、谐振滤波器的原理以及其滤波特性仿真。
本课设采用有限差分时域法(FDTD)和时域耦合模理论，系统地分析了双环微环结构谐振滤波器的滤波特性。
关键词：谐振滤波器；Fullwave；滤波特性仿真1 绪论光通信是用光作为信息的载体来传递信号。
1960年美国科学家梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，2009 年的诺贝尔物理学获得者高琨(Charles K.Kao)和他的同事霍克曼(G.A.Hckman) 于 1966 年提出玻璃纤维可传输光信号，并指出通信光纤的要求是每公里衰减小于 20 分贝(dB)之后[2]，通信领域进入了一个崭新的时代——光纤通信技术时代。
随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件，例如能同时实现光学滤波器、延迟线、缓存器和各种全光信号处理的基本单元，通过大规模集成该单元在一个衬底上实现功能强大的光子学“片上系统”。
微环谐振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成，同时能实现包括滤波器、延迟线、缓存器、激光器、路由器、波长复用/解复用器、光开关、调制器、波长转换器、码型转换、逻辑门和传感器等功能单元，功能非常强大，因此微环己成为光纤通信和集成光学领域的研究热点之一。
由于采用单环光谐振器的光滤波器在通带结构上固有的局限性，人们提出了采用多环串联耦合或并联耦合结构的高级次光谐振器来改善通带结构,相对其它高级次结构，二级微环具有最为简单的调谐要求。
本次课设将对双环耦合结构的二级光谐振器（简称双环光微谐振器）的光滤波特性进行分析。
首先给出双环光微谐振器的传递函数；在此基础上进行其滤波特性分析，明确环与环间和环与输入输出光引导波导间的光功率耦合大小对滤波特性的影响，清晰通带结构及可控性，比较相对单环谐振滤波器的不同与改进。
本次课设主要研究微环谐振器的基本结构，简要介绍了它的概念和应用，其中重点介绍了它的滤波特性。
2 双环微环谐振器如图2．1，双环微环谐振器的基本结构图2.1 双环微环谐振器的基本结构tl，k1为入射直波导和环的传输系数和耦合系数，t2，k2为两个环之间的传输系数和耦合系数，t3，k3第二个环和出射直波导的传输系数和耦合系数。
先看靠近Drop 端的环。
323213231aTaet tettbjj=--=--θθb3与a3间的传输系数定义为T2，再看上面的环，可得Though端的输出。
1212111aeTteTtbjjθθ----=下面推导双环Drop端的输出，先看靠近入射波导的环。
111112/131aKaeTtekajk=-=--θθ再看靠近输出波导的环，可得Drop端的输出。
1322/3213322/32611aet tekkKaet tekkajjjjθθθθ-----=-=3 软件简介Beamprop 是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件，专用于设计集成光学波导元件和光路。
此软件使用先进的有限差分光束传播法来模拟分析光学器件。
用户界面友好，分析和设计光学器件轻松方便。
其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统，且可控制相关的模拟参数，如：数值参数、输入场以及各种显示、分析功能选项。
另一功能为模拟程序，它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作，以图形方式显示域的特性以及用户感兴趣的各种数值特性。
Fullwave是一高度整合之复杂光子组件仿真设计分析软件，它使用－有限差分时域之模拟分析方法，藉以分析一般光束传播法所无法建立模型分析的光子组件，例如光晶体与环状共振器等。
因此，RSoft公司所开发的BeamPROP 与FullWAVE 软体，两者实际上是具有互补之作用。
其主控程序为BeamPROP 之CAD Layout 系统，用来设计光波导组件及光路，亦即BeamPROP 与FullWAVE 共享同一个CAD Layout 程序。
4 滤波特性仿真4.1 新建一个电路图打开软件Rsoft CAD Layout，新建一个电路图，设置全局参数如下图4.1:图4.1 全局设置选择仿真工具为fullWAVE/FDTD。
其中1.55是真空中的波长，1是真空折射率，2.5是折射率变化值，两个值加起来是波导环的折射率3.5，波导宽度设置为0.2。
4.2 定义参数和变量点击“Edit Symbols”按钮进行变量定义，如图4.2所示：图4.2 定义变量先新建一个符号，然后设置名字和值，然后点击Accept Symbol确定。
最后点击OK确定所有变量设置完毕。
变量Gap是直线和环的间隔宽度，Gap1是环和环之间的间隔宽度。
R1R2分别是两个环的内圆半径，width是环的宽度。
4.3 滤波器设置然后进行滤波器的绘制，每个部分分别都要进行设置。
通过右键点击每个部分就可以修改参数。
点击Options-Insert-lens设置圆环的参数，先设置内圆，后设置外圆，否者会出现变量未定义等错误。
设置完后右键内圆选择more设置内圆颜色为黄色，便于和外圆区别。
4个圆的参数如图4.5、4.6、4.7、4.8所示：图4.5图4.6图4.7图4.8设置完圆环后，可以选择直线画图，再右键设置参数，也可以点击Options-Insert-Segment设置圆柱的参数。
左边圆柱的参数设置如图4.3所示：图4.3 圆柱参数右边圆柱参数如图4.4所示：图4.4 圆柱参数设置完圆柱和圆环波导后，再点击Options-Insert-TimeMonitor设置两个节点的监视点。
4.4 完整CAD图在以上参数全部设置好后，图纸上会出现完整的光波导图，如图4.5所示：图4.5 非对称双环微环谐振滤波器由上图可知两个圆环波导的半径不一样，两边的两个圆柱波导通过两个非对称双环微环耦合，右边的波导通过双环和左边的波导产生谐振，并实现滤波功能。
通过比较信号源和两个采样点的信号，可以分析其滤波特性。
在图纸画好后，参数检查无误后，接下来可以查看折射率分布和进行仿真。
4.5 折射率分布点击Display Index Profile 查看折射率的分布，查看模式选择xz坐标，如图4.6所示：图4.6 设置展示模式点击OK确认，出现总体的折射率分布，如图4.7所示：图4.7 总体折射率分布在图4.7中不同位置右键，可以得到X方向或Z方向的切面折射率分布，例如当X=0时Z方向的折射率分布如图4.8：图4.8 X=0，Z的折射率分布因为X=0，Z方向都是真空，所以折射率都是1.当Z=0是X方向折射率如图4.9所示：图4.9 Z=0，X的折射率分布如图可见在圆柱和圆环处折射率为3.5，其他地方为1.4.6 仿真点击perform simulation 弹出窗口如图4.10所示：图4.10 仿真设置注意设置output prefix（输出文件名），还可以设置仿真速度。
因为是FTDT法仿真，所以时间较久。
在仿真完成后，通过view graphs查看仿真结果。
仿真过程中如下图4.11，4.12：图4.11 仿真图4.12 仿真仿真完成后会生成刚才命名的文件。
用view graphs打开，如图4.13和4.14所示：图4.13 仿真结果图4.14 仿真结果图中红线是信号源，绿线是输出的监视节点值，蓝线是输入处的监视值。
由图4.13，最终输入输出值都趋于稳定，由图4.14，输出没有了信号源的高频成分，即实现了滤波功能。
4.7 改变折射率多次仿真通过改变折射率delta，可以寻找输出功率最大时波导的折射率。
由于仿真次数较多，时间较长，这里只扫描了几个折射率的值，结果如图4.15：图4.15 折射率扫描结果由图可知，当delta取值2.1时输出最大，即波导折射率为3.1输出最大。
由于是抽样的折射率取值，所以可能有误差。
5 心得体会此次选择的题目是“非对称双环微环谐振滤波器的滤波特性分析”，选题之后在通过查询资料，然后在Rsoft CAD软件下绘出对称双环微环谐振滤波器模型图，修改相关参数，使其适应本次的设计，观察仿真的数据是否符合设计要求。
通过此次设计，了解了双环微环谐振滤波器的滤波特性，学习了利用软件模拟和仿真，减少了利用实际光路的麻烦。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。
为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的。
虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。