基于Lumerical fdtd进行无序光子晶体波导的仿真设计及优化

2024-06-01 11:52

本文主要是介绍基于Lumerical fdtd进行无序光子晶体波导的仿真设计及优化,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

光子晶体是一类通过不同折射率介质周期性的排列而形成的具有光波长量级的周期性人工微型结构,相比于传统晶体来说,由于介电函数的周期性分布,光子晶体也会产生一些类似于传统晶体的带隙,使光局域在带隙中无法传播。我们在完整的光子晶体阵列中引入线缺陷可以构造出光子晶体波导,光子波导由于传播低损耗和体积小等优点广泛应用于器件之后,在未来光通信领域有很大的前景。光子晶体在实际制备过程中由于不可避免的无序效应而使自身的传输特性受到影响,甚至降低其光学器件的性能,但是在光子器件、随机激光器、太阳能电池等应用领域有着广泛的应用前景。因此,研究无序光子晶体结构中光传输特性,实现对无序光子晶体的光传输特性的有效应调控,这无论在理论上还是应用上都具有非常深远的意义。

当光机晶体波导里面有缺陷时,通过介质传播的波会经历多次散射。当波长大于散射中心的大小时,散射体间距离相对较大,称为弱散射。 在弱散射状态下,波传播是一个扩散过程,我们可以用散射之间的平均自由程L或扩散常数ξ来描述。如果散射量足够大,则扩散常数ξ消失,波传播可以完全停止。这种现象被称为安德森局域化。光子晶体在制作过程中难免会出现结构的不理想以及缺陷,这种情况被叫做结构无序,结构无序主要有空气孔大小无序、位置无序和旋度无序三种情况。在这里,我们采用FDTD solutions软件研究在单光子源入射的情况下,五边形光子晶体波导的光传输特性随无序程度变化的情况,进而得出无序效应对二维光子晶体光传输特性的影响,证明6%无序度的五边形气孔的六边形光子晶体波导具有引人注目的光传输性质。

在这项工作中,六边形光子晶体晶格结构采用如图1所示的五边形气孔形状。我们在七排光子晶体中部引入线缺陷,同时在线缺陷两端设计三排五边形气孔的光子晶体,其他最外面三排设计成圆柱形气孔的光子晶体。采用偶极子光源充当量子点。我们的期望是五边形气孔相比于圆柱形气孔具有更优良的光传输特性,对光的局域能力更强,因此先对波导的间隙、光子晶体晶格常数、圆气孔半径等参数进行优化,得到最佳的有序五边形气孔的光子晶体波导传输特性,其次对中间六排的光子晶体引入无序模型,控制五边形的旋转无序程度来实现更强的光场局域特性。

图1 五边形气孔的有序型光子晶体波导模型

对于五边形旋转度无序的模型,我们引入如图2(a)所示的高斯分布的旋转角度,横坐标为不同的旋转角度,纵坐标为不同旋转角度对应取的五边形数量,无序光子晶体波导见建模如图2(b)所示。

图2 五边形气孔的无序型光子晶体波导模型

如图3(a)所示,对有序五边形光子晶体波导进行优化,随后与优化后的普通圆形光子晶体波导的传输功率进行对比,证明了五边形光子晶体波导优异的光传输特性;其次研究五边形光子晶体波导的无序程度对光传输功率的影响,结果表明6%无序度对光场传输贡献最高(图3(b))。

图3 五边形气孔的优化结果

图4展示了优化后的有光子晶体波导的能量传输图,可以发现其具有良好的光波传输和光场局域能力。

图4 (a) 有序光子晶体波导优化后的Pxy (b) 有序光子晶体波导优化后的Pyz

最后,有相关需求欢迎通过公众号“320科技工作室”与我们联络。

这篇关于基于Lumerical fdtd进行无序光子晶体波导的仿真设计及优化的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1020937

相关文章

基于Flask框架添加多个AI模型的API并进行交互

《基于Flask框架添加多个AI模型的API并进行交互》:本文主要介绍如何基于Flask框架开发AI模型API管理系统,允许用户添加、删除不同AI模型的API密钥,感兴趣的可以了解下... 目录1. 概述2. 后端代码说明2.1 依赖库导入2.2 应用初始化2.3 API 存储字典2.4 路由函数2.5 应

Python使用date模块进行日期处理的终极指南

《Python使用date模块进行日期处理的终极指南》在处理与时间相关的数据时,Python的date模块是开发者最趁手的工具之一,本文将用通俗的语言,结合真实案例,带您掌握date模块的六大核心功能... 目录引言一、date模块的核心功能1.1 日期表示1.2 日期计算1.3 日期比较二、六大常用方法详

Python使用DrissionPage中ChromiumPage进行自动化网页操作

《Python使用DrissionPage中ChromiumPage进行自动化网页操作》DrissionPage作为一款轻量级且功能强大的浏览器自动化库,为开发者提供了丰富的功能支持,本文将使用Dri... 目录前言一、ChromiumPage基础操作1.初始化Drission 和 ChromiumPage

MySQL中慢SQL优化的不同方式介绍

《MySQL中慢SQL优化的不同方式介绍》慢SQL的优化,主要从两个方面考虑,SQL语句本身的优化,以及数据库设计的优化,下面小编就来给大家介绍一下有哪些方式可以优化慢SQL吧... 目录避免不必要的列分页优化索引优化JOIN 的优化排序优化UNION 优化慢 SQL 的优化,主要从两个方面考虑,SQL 语

MySQL中慢SQL优化方法的完整指南

《MySQL中慢SQL优化方法的完整指南》当数据库响应时间超过500ms时,系统将面临三大灾难链式反应,所以本文将为大家介绍一下MySQL中慢SQL优化的常用方法,有需要的小伙伴可以了解下... 目录一、慢SQL的致命影响二、精准定位问题SQL1. 启用慢查询日志2. 诊断黄金三件套三、六大核心优化方案方案

Redis中高并发读写性能的深度解析与优化

《Redis中高并发读写性能的深度解析与优化》Redis作为一款高性能的内存数据库,广泛应用于缓存、消息队列、实时统计等场景,本文将深入探讨Redis的读写并发能力,感兴趣的小伙伴可以了解下... 目录引言一、Redis 并发能力概述1.1 Redis 的读写性能1.2 影响 Redis 并发能力的因素二、

Jackson库进行JSON 序列化时遇到了无限递归(Infinite Recursion)的问题及解决方案

《Jackson库进行JSON序列化时遇到了无限递归(InfiniteRecursion)的问题及解决方案》使用Jackson库进行JSON序列化时遇到了无限递归(InfiniteRecursi... 目录解决方案‌1. 使用 @jsonIgnore 忽略一个方向的引用2. 使用 @JsonManagedR

使用Folium在Python中进行地图可视化的操作指南

《使用Folium在Python中进行地图可视化的操作指南》在数据分析和可视化领域,地图可视化是一项非常重要的技能,它能够帮助我们更直观地理解和展示地理空间数据,Folium是一个基于Python的地... 目录引言一、Folium简介与安装1. Folium简介2. 安装Folium二、基础使用1. 创建

使用国内镜像源优化pip install下载的方法步骤

《使用国内镜像源优化pipinstall下载的方法步骤》在Python开发中,pip是一个不可或缺的工具,用于安装和管理Python包,然而,由于默认的PyPI服务器位于国外,国内用户在安装依赖时可... 目录引言1. 为什么需要国内镜像源?2. 常用的国内镜像源3. 临时使用国内镜像源4. 永久配置国内镜

C#原型模式之如何通过克隆对象来优化创建过程

《C#原型模式之如何通过克隆对象来优化创建过程》原型模式是一种创建型设计模式,通过克隆现有对象来创建新对象,避免重复的创建成本和复杂的初始化过程,它适用于对象创建过程复杂、需要大量相似对象或避免重复初... 目录什么是原型模式?原型模式的工作原理C#中如何实现原型模式?1. 定义原型接口2. 实现原型接口3