photonics-python

光电方向研究生的 Python 学习仓库。从零开始学习 Python，并把它用在硅基电光调制器的设计计算中。

文件说明

文件	说明
photonics.py	光电计算函数库
sweep.py	调制器参数扫描脚本
day1.py ~ day6.py	第一周 Python 基础练习
spectrum.csv	day5.py 生成的谐振透射谱示例数据

photonics.py

• phase_shift(dn, L, wavelength)：计算折射率变化引起的相移 Δφ = 2π·Δn·L/λ
• dn_for_pi(L, wavelength)：计算实现 π 相移所需的折射率变化 Δn = λ / (2L)
• transmission(wl)：中心波长 1550 nm 的洛伦兹型谐振透射谱

sweep.py

对器件长度 L 和折射率变化 Δn 的所有组合进行扫描：

1. 调用 phase_shift 计算每组参数的相移 Δφ
2. 判断 Δφ 是否达到 π（即能否实现调制器的完全开关）
3. 将结果保存为 sweep_results.csv

扫描参数：

• L：500、1000、1500、2000 μm
• Δn：0.5e-3、1e-3、1.5e-3、2e-3
• 波长：1550 nm

运行方法

环境：Python 3.12

python sweep.py

示例输出

共计算 16 组参数，结果已保存到 sweep_results.csv，其中 11 组达到了 π 相位变化

sweep_results.csv 的格式：

L_um	dn	dphi_rad	dphi_over_pi	reach_pi
500	0.001	2.027	0.645	No
1000	0.001	4.054	1.290	Yes

结论

器件越长，实现 π 相移所需的 Δn 越小（Δn ∝ 1/L）。这体现了电光调制器设计中驱动电压与器件长度之间的权衡，也是 VπL 指标的物理来源：器件更长可以降低驱动电压，但会带来更大的光损耗、更大的电容和更大的芯片面积。

学习进度

• 第 1 周：Python 基础语法、函数、文件读写、模块、Git
• 第 2 周：numpy 与 matplotlib，将计算结果可视化