078 – COMSOL案例：硅+石墨烯波导的四波混频（只有模型文件）

基本介绍：

• 主要内容：根据发表在SCI一区top期刊 Photonics Research 上的论文《High-efficiency and broadband four-wave mixing in a silicon-graphene strip waveguide with a windowed silica top layer（作者：Yuxing Yang 等）》，复现了其中的Fig. 1c、Fig. 1d、Fig. 4a、Fig. 4b；
• 基于 COMSOL 频域求解，使用的软件版本为 COMSOL 6.0 (6.0.0.318)；
• 计算所需的内存：4 GB；
• 涉及的内容：全局参数、自定义变量、石墨烯材料、自定义网格、波导的模式分析、参数化扫描、派生值-全局计算、导出计算数据到Matlab处理 等；
• 绘制了：波导的电场模式分布、四波混频转换效率曲线；
• 注意：本案例仅包含模型文件，没有讲解视频。购买此案例不附带答疑指导。

包含的文件截图：

详细描述：

如上图所示，在 Si 波导上铺一层单层石墨烯。波长为 1550 nm 的泵浦光和 1549.5 nm 的信号光从波导中输入，实现四波混频。

在仿真中，Si 波导横截面尺寸为 480 nm×220 nm，石墨烯厚度为 0.5 nm，在波长 1550 nm 处，Si、SiO₂、石墨烯的折射率分别为 3.455、1.445、2.829 + 2.85i。转换效率 η 的计算公式为：

其中 γ 是非线性参数、P_P 是传输过程中的泵浦功率、L_eff 是相互作用的有效长度、P₀ 是耦合到器件中的泵浦功率、α 是线性传输损耗、L 是波导的几何长度。非线性参数 γ 的计算公式为：

其中 S_Z 是时间平均坡印廷矢量、n₂ 是非线性克尔系数。Si、SiO₂、石墨烯的非线性克尔系数分别为 4.5×10⁻¹⁸、3×10⁻²⁰、1×10⁻¹² m²·W⁻¹。

计算的内容和结果：

1、没有石墨烯的电场模式分布（左：论文中的 Fig. 1(c)；右：本例的结果）（作为模式分布，colorbar上的电场数值大小没有意义，只需比较相对强度）👇

2、加上石墨烯的电场模式分布（左：论文中的 Fig. 1(d)；右：本例的结果）（作为模式分布，colorbar上的电场数值大小没有意义，只需比较相对强度）👇

3、加上石墨烯后，不同泵浦功率时的转换效率（论文中的 Fig. 4(a)；右：本例的结果）（复现的是论文中的红色虚线）👇

4、加上石墨烯后，不同输入信号波长时的转换效率（左：论文中的 Fig. 4(b)；右：本例的结果）（复现的是论文中的蓝色线）👇

付费后将能下载模型文件。

再次提醒：本案例仅包含模型文件，没有讲解视频。购买案例不附带答疑指导服务。