COMSOL模拟：光学环形谐振腔陷波滤波器设计与分析

光学环形谐振腔陷波滤波器是一种在光学通信和光子学领域常见的结构，它由直波导和环形波导组成。在COMSOL Multiphysics 5.4版本的软件中，该模型遵循《COMSOL软件许可协议》5.4版，所有商标权利归各自的版权所有者。 核心概念是基于光的谐振性质。当环形波导的长度是光波长的整数倍时，会发生共振现象，导致光能在这个封闭路径中积累。环形腔可以看作是光路的一个闭合系统，其中一部分入射光Ei1通过直波导传输，另一部分则耦合到环形波导形成干涉。同时，环形波导中的光也与直波导中的光相互作用，形成反射和透射波。 在数学表达上，透射场与入射场的关系通过矩阵-矢量形式给出，如方程1所示，确保输入功率与输出功率守恒。耦合系数κ和传输系数t之间存在特定的关系，这影响了光的传输和环内能量的交换。环形波导的绕行损耗L也对透射场有显著影响，当耦合系数和损耗达到临界状态（|t|=L），环形谐振腔可以作为带阻滤波器（陷波滤波器），此时透射极小或消失。 模型构建基于"电磁波，波束包络"接口，适用于处理在不同波长范围内的传播，采用单向公式简化计算。波的电场被描述为E1乘以波相位的近似值，直波导和环形波导中的相位变化可以通过表中的定义来确定。 总结来说，这个模型提供了一种数值模拟工具，用于深入理解光学环形谐振腔的物理行为，特别是在设计和优化光波滤波器时，对于控制光的传播和选择性吸收至关重要。通过调整参数，用户可以模拟不同耦合和损耗条件下，如何实现对特定波长的抑制，这对于光通信系统的信号处理和噪声过滤具有实际应用价值。