锂 niobate 薄膜声学谐振器的微波到光转换研究

"推导过程.pdf - 钽酸锂薄膜声学谐振器的微波到光转换的数值模拟和声光相互作用详细解析" 本文档提供了与“使用钽酸锂薄膜声学谐振器进行微波到光转换”相关的补充信息。它详细介绍了声光相互作用的数值模拟、声光腔的动态以及声光耦合和转换效率的计算。 1. 声光相互作用的数值模拟 我们使用COMSOL Multiphysics软件进行了二维数值模拟，模拟了设备的截面（图S1(a)）。光学模式和声学模式分别独立模拟，然后通过相应的非线性系数矩阵计算声光相互作用的积分。 A. 光学和声学模式的模拟 设备的单模光学波导支持基本的TE模。为了模拟这些模式，我们考虑了光在波导中的传播，并计算了其分布。声学模式则通过考虑材料的弹性常数和边界条件来确定，这些条件影响谐振频率和模式形状。 B. 声光耦合的计算 声光耦合是通过将声学和光学模式的场分布相结合来评估的。当声波在材料中传播时，它会引起局部应变，导致折射率的变化，从而影响光在介质中的传播。这种效应被量化为声光效应，是实现微波到光转换的关键机制。 C. 转换效率的计算 转换效率是衡量声光转换性能的重要指标，它表示由微波能量转换为光信号的能量比例。这涉及到对声学谐振器的品质因数（Q因子）、光学模式的耦合效率以及声光相互作用强度的精确计算。 2. 声光腔的动态分析 声光腔的设计至关重要，因为它决定了声波和光波之间的相互作用。腔体的尺寸和形状优化可以增强声光相互作用，提高转换效率。动态分析涉及研究谐振器如何响应输入的微波信号，以及它如何影响输出的光信号的特性。 3. 结果和讨论 这些数值模拟和计算揭示了声学谐振器的微波到光转换的潜在性能。通过调整谐振器的几何参数和材料属性，可以进一步优化转换效率和信噪比。实验结果与理论预测的比较提供了验证模型准确性的依据。 这份文档提供了深入理解微波到光转换过程的详细推导和分析，对于设计和优化基于声学谐振器的光电子设备具有重要参考价值。