基于COMSOL光子晶体的位移传感特性仿真

软件：COMSOL 5.4

制作人：梦想小猪

制作时间：2022年9月16日

参考文献

[1] Trigona C, Andò B, Baglio S. Fabrication and characterization of an MOEMS gyroscope based on photonic bandgap materials[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2016, 65(12): 2840-2852.

问题描述

1.问题叙述

提出以下基于DBR的位移传感结构：

光学灵敏度是多少？

已知参数如下：

（1）布拉格周期Nc=2，低折射率薄膜为氟化镁，高折射率薄膜为硅，

（2）中心波长1550nm。

2.解决思路

COMSOL参数化扫描空气光学腔宽度，研究位移与光学腔谐振峰峰值的关系。

二、操作流程

符号解释：- …包含的…

→ 下一步

1 新建文件及选择物理场接口

文件-模型向导→选择空间维度-3D

→选择物理场-光学-射线光学-几何光学（gop）→点击添加→直接研究

选择研究-预设研究-射线追踪

选择完成

2 设置模型开发器

2.1全局定义

全局定义-参数，在设置框中输入下表

名称	表达式（输入+回车）	值	描述
ns	1.5	1.5	石英的折射率
nl	1.38	1.38	氟化镁的折射率
nh	3.5	3.5	硅的折射率
lam0	1550[nm]	1.55E-6 m	真空波长
ds	3E-4[m]	3E-4 m	石英晶圆厚度
na	1	1	空气折射率
da	0	0	空气层厚度

2.2添加衬底

首先要设置一个薄膜的衬底，如石英晶圆，结构为圆柱，材料为石英。半导体级石英晶圆尺寸从100到200毫米不等，厚度范围为300至1000微米。

组件1-几何1，右侧设置框将长度单位改为mm。

工具栏-几何，选择圆柱体。

设置圆柱体的大小和形状：半径为10mm，高度为1mm；→构建所有对象。

几何结构如下图。

添加几何（圆柱）材料。右键材料，选择空材料，设置空材料的材料属性，设置折射率实部为ns。

2.3添加光源

左键几何光学（gop）。（1）设置强度计算-计算强度，（2）射线释放和传播-多色，指定真空波长，并在从栅格释放中设置波长范围。（3）最大二次射线数，输入0。最大二次射线（the maximum number of secondary rays）正确的中文翻译应该是最大次要射线数，当主射线经过某些边界条件时，次要射线就会被释放。比如，射线在不同介质之间的材料的不连续处发生折射，反射光同时生成。反射光的自由度源于可用的次要射线之一（所有要设置最大二次射线数目）。当没有必要计算反射光的轨迹时，将最大二次射线数设置为0，可以减小计算量。

从网格释放射线，右键几何光学（gop）-选择从栅格释放。

几何光学（gop）-从栅格释放-设置：（1）初始坐标（0，0，5），（2）射线方向矢量（0，0，-1），（3）真空波长-分布函数-值列表，点击范围图标设置射线波长范围。硅是1100nm以上的红外波段透明材料，同时常用超连续谱激光器波长截止到2400nm，故在仿真中设置射线波长范围为1100nm-2400nm，采样点3000个。