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[seojh322]

안녕하세요. 울산과학기술원 전기전자공학부 대학원생 서지훈입니다. 

HEAT solver를 통해 thermo-optic phase shifter의 transient 온도 변화를 계산하는 과정에서, 결과가 수렴하기까지 계산에 필요한 시간이 너무 많이 드는 것이 아닌지 여쭤보기 위해 문의 드립니다. 

먼저, 제가 실행한 시뮬레이션의 주요 조건을 말씀드리겠습니다. 

아래의 그림은 제가 시뮬레이션에서 사용한 히터의 물성입니다. 그리고 시뮬레이션 도메인 사이즈는 실리콘 rib 도파로 중심을 기준으로 가로 세로 폭은 700 um x 350 um를 잡아 시뮬레이션을 실행했습니다. 

Transient simulation control 조건은 min/max time step 과 abs/rel lte limit을 아래 5가지 조건으로 실행했을 때, 시간 경과에 따른 실리콘 중심 온도 변화 (dT)를 linear/log time scale 결과를 그래프로 정리하였습니다.

    , dT = (T(t) - T0)/(T_max - T0), shutter step on timing = 1 ns, shutter slew = 0 fs

시뮬레이션 실행 결과 보시는 결과와 같이 min/max time step 과 abs/rel lte limit을 아주 작게 설정했음에도 불구하고 (S5 참조), linear scale 결과에서 10 us까지 온도가 급격히 상승한 이후, 점차 온도 변화가 적어지며 20 us 이후부터 온도 변화가 거의 0에 수렴한 것 같은 결과를 얻었습니다. 하지만, dT(t=50 us)의 값을 보면, 실제 dT가 1보다 작은 것을 알 수 있습니다. 실제 시뮬레이션은 20 us부터 1000 us까지 천천히 증가하며 1000 us에서 계산되고 나서야 종료되었습니다.

시간에 따른 dT 계산 결과를 요약하면, 20 us에서의 dT 값은 0.95 였고, 나머지 0.05 만큼의 상승은 나머지 시간동안 진행이되었습니다.

온도 변화가 수렴하는데 첨부한 결과처럼, S5와 마찬가지로 다른 조건에서도 수렴하는데 많은 시간이 소요되는데, 그 이유를 알고 싶습니다. 

참고로, 실제 제작된 thermo-optic phase shifter 소자의 rise time은 평균적으로 7 us 정도로 측정되었는데, transient 시뮬레이션에서 1000 us의 time span이 계산에 필요하다는 점이 납득하기 어려운 결과라 생각하여, 어떤 파라미터를 점검하는게 좋을지 문의드립니다. 

감사합니다. 

[Dong Sub Shin]

안녕하세요, 먼저 rise time의 정의는 보통 이 링크(상승 시간)와 같이 정의가 되어 있습니다.

시뮬레이션 시간에 영향을 미치는 요소의 경우  mesh 크기나 시뮬레이션 영역, 초기 온도 분포, 경계 조건 등을 고려 부탁 드립니다.