波光学模块中的光束包络方法是对光子波引导结构进行建模的重要功能。您可以快速设置模型，以计算波导的引导模式，以及沿波导的光传播将如何受到材料折射率中各向异性的影响。对于具有多个支持波导模式和相同波导横截面的设备，有一些有效的建模技术可使用。让我们了解这种情况。
光学波导的背景
在光子学领域，存在许多用于指导光的策略。这介电平板波导始终是一个很好的起点，尤其是作为“教科书”示例。实际上，光纤，例如步进纤维，主导当今的通信基础架构。有关波引导和光子领域的概述，请参阅此信息以前的博客文章。
光学波导的示意图（不缩放）。
如上图所示，我们将在这里考虑的是肋波导。该波导支持具有非常相似有效指数但电场指向不同方向的多种模式。现在假设该波导的底物的一部分具有各向异性折射率。正如我们所拥有的已经讨论过，这样的波导将支持另一组不同的模式。
在这里，我们将展示如何在3D中建模这样的波导以及如何沿波导的光引导的极化。
计算支持的模式
如下图所示，我们将以3D几何形状开始直接波导，但细分为三个部分。将有一个入口区域和一个出口区域。在其中，我们将假设所有域中的折射率都是各向同性的。在中间区域，我们将在底物的折射率中引入各向异性。这种各向异性可能是由于底物中不必要的应力而产生的，或者可能有目的地引入它们。但是，我们确实想沿结构的长度引入某种变化，但是，与其他方式相比，您只需在2D中对情况进行建模。
计算模型的示意图（不扩展）。
首先，我们将计算所有感兴趣的波导模式。我们只会以1550 nm波长光的前两种模式关注自己。我们可以结合数字端口边界条件和边界模式分析研究这样做；结果如下所示。从图中注意，电场如何延伸到基板。我们将在分析的下一部分（3D建模）中使用这两种模式，以激发结构和监视传输。我们将向这些模式之一注入电场向上指向，并且随着这种模式通过各向异性区域传播，我们希望找出是否以及通过该模式转换为在出口处的其他模式。为此，我们需要重复使用并复制这些解决方案。
前两个波导模式的电场的可视化。
在整个3D波导中建模极化旋转
一旦数字端口感兴趣的模式已被计算并映射到各自的用户定义的端口边界条件，我们准备好完成3D模型。这电磁波，光束信封接口将两种感兴趣模式的平均波向量作为输入，在这里，我们使用单向公式。在我们的情况下，这是适当的，因为我们将假设光线从出口的入口传播，但是可以忽略不计向入口。
解决后，我们可以沿着波导中心的一条线绘制电场成分的绝对值。我们还可以评估出口处的两个端口的传输，这使我们可以衡量通过设备旋转的场。在入口区域，具有各向同性特性，仅存在注射模式。一旦这种模式用各向异性底物传播到该区域（支持不同的模式），将会逐步转换为这些模式，从而导致字段旋转。这些模式也具有略有不同的传播常数，这将导致长度的跳动现象，如果我们建模更长的部分，这将变得更加明显。但是，在出口区域，所有材料属性都是各向同性的，只有原始的两个先前计算的模式才能存在。
结果显示电场沿波导的长度旋转。
闭幕致辞
该模型可通过以下文章下载：“复制和重复使用边界模式分析结果“。该模型与其他示例不同，例如方向耦合器，因为我们正在通过单独的研究计算边界模式，并使用操作员复制数值计算的模式。对于具有多个端口的模型，例如干涉仪和谐振器，这项技术可能非常有效。
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