CST 软件的非线性光学 --- 光 3dB 定向耦合器，Chi3 材料，DC 开关控制耦合

本期我们看一个 CST 软件非线性材料的应用，通过直流电场来改变光路径。先看个耦合器，已经设计好，波导材料折射率 12.07，频率 Freq=193.414THz，

背景距离加一点点，这样端口不会贴到边界，背景材料为二氧化硅，nSiO2=1.53。

四个波导端口：

时域仿真结束后，可见 S31=S41，妥妥的 3dB 耦合器。

如果我们将两个耦合器相连：

信号从端口 1 到端口 3：

下面我们把中间的两段材料改成非线性的硅：

其中 Chi3Silicon=1e-16

加上两片 PEC 板，用 wire 连起来：

加上 500 欧姆电阻和离散电压端口 5，电压为 V5=69V：

自定义两个信号，一个是带宽对应得高斯脉冲重复两次，另一个是个阶梯信号：

求解器中将端口 1 和端口 5 同时激励，分别激励这两个信号；端口 1 的功率是 Pin=1e-3，端口 5 的振幅又是 V5，这就相当于把端口电压放大 V5 倍，也就是激励 V5*V5=69^2 伏特。

这里仿真的是，平板电极在 1.2ps 之前有直流电压作为外界电场，而 1.2ps 之后就没有外界电场了。CST 软件我们要看这两个情况下，同样的高斯脉冲在耦合器中的走向。 

CST 软件仿真结束后，可查看时域信号，端口 3 和端口 4，可见第一个脉冲从端口 4 出，第二个脉冲从端口 3 出。

信号功率较小，Pin=1e-3,所以时域电场只能看出来第二个脉冲走向。

若提高功率，Pin=1，我们就能看出时域电场两个脉冲走向了：

有人可能问了，不是直流电场 1.2ps 就没了吗？怎么 1.2ps 之后场才逐渐消失呢？别忘了这个电极可是个电容哦！

小结：

1.    3dB 耦合器设计需要优化才能在目的频点拿到准确的 S31=S41，这里优化的部分省略了。

2.    两个耦合器相联，由于相对相位关系，信号固定走向 S31（对角线）。

3.    通过非线性材料和外加非均匀电场，可调制单路相位，使信号转换去 S41。

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