Micro-Ring

微環諧振器 (Micro-Ring) 由光路封閉的波導以及光的輸入與輸出波導所組成。當諧振波長的光從輸入波導通過環路時，由于相長干涉（constructive interference），光在多次往返中強度被積累，最后在輸出端波導輸出。由于只有特定的波長會在環路內諧振，整個光學環形諧振器可視為一個濾波器。此外，兩個或多個環形波導可以互相耦合，可以產生出加/減光學濾波器或高階數的光學濾波器。除此之外，由于可以通過改變環的半徑來改變諧振波長，整個諧振器可以視為可調制的系統，這個特性可以用來制作某些力學感應器。除了改變半徑，也可以改變折射率進行調制，比如熱、電磁、全光效應。其他應用方向還有：測量光譜的生物傳感器、全光網絡中的開關元件、檢測單個捕獲原子的超靈敏探測器、量子信息實驗產生的單光子源器件等。

在軟件視圖窗口中展示 Mirco-Ring 的結構，如 Fig.1所示。本仿真中，微環諧振器由一個環形波導和兩個平行直波導組成，將1.5-1.6 μm 的光源注入微環諧振器，并以特定的頻率與微環諧振器進行諧振。
1.1.1.仿真結構介紹
微環幾何結構和場景如 Fig.2 所示，其中環形波導外徑 r1 為 3.3μm，外環半徑 r2 為 2.9μm，兩個平行直波導寬度 Sy 為0.4μm，距離環形波導 d 為0.1μm，微環諧振器厚度為0.18μm，放置在4μm 厚的硅襯底上（硅襯底上表面 Z=0μm）。

_{Figure 2: Micro-ring Geometric Structure and Scene Schematic Diagram}

1.1.2. 工作原理介紹
兩個波導芯彼此靠近時，光會從一個波導到另一個耦合。當環波導的長度是波長的整數時，環波導與波長共振。
1.1.3. 重點關注特性
將 1.5-1.6 μm 的光源注入微環諧振器，并以特定的頻率與微環諧振器進行諧振，在輸出端口檢測時域信號和場分布，最后在后處理中繪制 S 參數和透射譜T。

1.2. 結果和討論

在軟件的后處理界面中，可以查看微環各端口處的模式分布、S 參數和透射譜 T ，不同波長下微環切面的傳播特性，以及各端口中心點的時域波形。

_{Figure 3:MODE PROFILE OF E MAGNITUDE ON THE MODE SOURCE}

_{Figure 4:Mode profile of Ey real on the Mode Source}

入射端口 int1 處的模式分布如 Fig.3和 Fig.4 所示。模式能量主要集中在波導中心，且呈對稱分布。由 TE 極化比例、波導 TE/TM 比例可以判斷該模式是準 TE 模式。同時可以看到當前模式的波長和對應的有效折射率。

_{Figure 5:Real part of S parameter of the “out2” Port}

透射端口 out2 處的 S 參數特性如 Fig.5和 Fig.6 所示。在 1.52μm、1.548μm、1.576μm 處出現三個諧振峰?？梢缘玫椒彘g距 0.028μm，即所表現的 FSR(Free Spectral Range) 特性。

_{Figure 7：Profile of Refractive index(X component) on the XY Plane at Z=0.09 μm}

結構切面的折射率如 Fig.7 所示。在結構中心處為 3.4，即波導材料的折射率。在結構周圍出現折射率漸變，這是為提高模擬精度使用共形網格所產生的

_{Figure 8：1.5 um Fourier profile of E² on the XY Plane at Z= 0.09 μm}

_{Figure 9: 1.54576 μm Fourier profile of E^2 on the XY Plane at Z= 0.09 μm}

_{Figure 10: 1.54839 um Fourier profile of Ex² on the XY Plane at Z= 0.09 μm}

_{Figure 11:1.6 μm Fourier profile of E² on the XY Plane at Z= 0.09 μm}

結構切面的不同光傳播特性如 Fig.8、9、10、11 所示。在 1.5μm 直波導與環的耦合強度較低，光場主要通過端口 out2 透射出去，而在1.54576μm 附近處耦合強度較高，光主要集中在微環中，只有較少的光通過 out2 端口透射出去。

_{Figure 12: Transmittance(T) of the “out2” Port}

_{Figure 13: Transmittance(T) of the “out3” Port}

透射端口 out2 處和反射端口 out3 的透射譜 T 如 Fig.12和 Fig.13 所示。在 1.52μm、1.548μm、1.576μm 處出現三個諧振峰?？梢缘玫椒彘g距 0.028μm，即所表現的 FSR 特性

_{Figure 14:E magnitude versus time at center Mode Source}

_{Figure 15:E magnitude versus time at “out2” Port}

_{Figure 16:E magnitude versus time at “out3” Port}

在各端口處的時間監控器得到全仿真時間的時域波形，如 Fig.14、15、16 所示，其中，Fig.14為端口 int1 中心處（光源位置）的電場模時域波形，此處光源的時域波形在 100fs 時已經基本穿過光源位置，同時可以看出，時域波形尾跡較平滑，即在整個傳播過程中基本沒有反射波。Fig.15為 out2 端口中心處（透射位置）的電場模時域波形，波形呈現振蕩衰減，第二個峰大約是第一個峰的 1/8 左右。在 Fig.16，out3 端口中心處的波形也呈現振蕩衰減。