科研創(chuàng)新訓練

1、光子晶體是由不同折射率的介質周期性排列而成的人工微結構。一個被限制的光子晶體里面 波導具有非常銳利的低損耗彎曲，這使得集成密度增加幾個數(shù)量級。介紹該模型描述了在由彼此等距離放置的砷化鎵柱子組成光子晶體的波傳播。支柱間的距離可防 止某些特定波長的光傳播進入晶體結構。依靠支柱之間的距離，在特定頻率范圍內的電磁波 被反射而不能通過晶體傳播。這個頻率范圍稱為光子帶隙。通過除去在晶體結構中的一些砷 化鎵支柱可以為在帶隙頻率的光創(chuàng)造一個“通道”，然后光可以沿著這個幾何形狀的“通道”傳播。Incoming傳播。Incoming模型定義上圖描述的是由砷化鎵圓柱陣列組合而成的空氣“通道”。通過移去一些柱子形成一

2、個具有 90彎曲的波導。該模型的目的是研究TE波如何通過晶體傳播。這些模型使用標量計算公 式，設橫向電場分量為E Z :-N NEz -n2k2Ez = 0其中，n是折射率，k0是自由空間波數(shù)。由于沒有物理邊界，可以在所有邊界使用散射邊界條件。設振幅EZ在入射波的邊界上為1。結果和討論圖1包含了電場的z分量的曲線圖。它清楚地展示了光波通過波導的傳播。frql)=3el4 Surface： Electric field, z component (V/m圖1：在電場的z分量曲線圖表示波如何沿著由支柱定義的路徑傳播。 如果入射波的角頻率是小于波導的截止頻率，波不會通過這個波導傳播。 圖2中的波長已

3、增加為原來的1.2倍。圖2： 一個波長較長的波將不能穿過波導傳播。此圖為這個電場的基準。建模指令從文件菜單中選擇新建。新建在新窗口中，單擊模型精靈按鈕模型精靈在模型精靈窗口中，單擊2D按鈕在選擇物理樹中，選擇光學波光學電磁波，頻域（ewfd）單擊新增按鈕。單擊研究按鈕在選擇樹中，選擇預設研究頻域單擊完成按鈕 幾何1載入在主頁面上，單擊載入。在載入設置窗口中，找到載入部分單擊瀏覽按鈕。瀏覽該模型的模型庫文件夾，然后雙擊該文件photonic_crystal.mphbin。單擊載入按鈕單擊圖形工具欄上的最大化按鈕材料砷化鎵的折射率取決于頻率。該模型定義的表達式中折射率對應于自由空間波長為1.033

4、2 微米和1.2339微米之間的線性化頻率。材料1在主頁面上，單擊新材料右鍵單擊材料1和選擇重命名去重命名材料對話框，并在新名稱編輯字段中鍵入砷化鎵。單擊確定選擇域1和3-86。這是因為一旦你選擇了所有域從列表中移除域2是最容易被完成的。在材質的設置窗口中，單擊材料屬性部分。在材質屬性樹中，選擇電磁模型折射率折射率（n）單擊新增至材料 砷化鎵在模型建立器中，展開材料砷化鎵節(jié)點，然后單擊折射率在屬性組設置窗口中，找到局部性質部分。在局部性質表中，輸入以下設置：PropertyExpressionUnitlambda。c_const/freqm4.找到輸出屬性與模型輸入部分。找到輸出屬性分段。在該

5、表中，輸入以下設置PropertyVariableExpressionUnitSizeRefractive indexn ; nii = n, nij = 0-3.3285e5*lambda0+3.5031I3x3材料2在主頁面上，單擊新材料右鍵單擊材料2和選擇重命名去重命名材料對話框，并在新名稱編輯字段中鍵入空氣單擊確定僅僅選擇域2在材質的設置窗口中，單擊材料屬性部分在材質屬性樹中，選擇電磁模型折射率折射率（n）單擊新增至材料找到材料目錄部分。在該表中，輸入以下設置PropertyNameValueUnitProperty groupRefractive indexn1IRefractive

6、 index電磁波，頻率域散射邊界條件1在物理量工具欄上，單擊邊界并選擇散射邊界條件。在散射邊界條件的設置窗口中，找到選擇邊界部分。從選擇列表中，選擇所有的界限。散射邊界條件2在物理量工具欄上，單擊邊界并選擇散射邊界條件。僅僅選擇邊界5在散射邊界條件的設置窗口中，找到散射邊界條件一節(jié)從入射場列表中，選擇由電場決定電磁波指定E0向量0 x0y網格1默認網格設置目的是為所有曲面邊界找到一個很好的解決方案。在該模型中，它們會導致大 量的元素。通過放寬增長率和曲率分辨率要求，你可以得到一個具有較少的元素的準確的解 決方案。尺寸在網格工具欄上，單擊任意三角形在模型建立器下，網1下，按一下尺寸在尺寸設置窗

7、口中，找到元素尺寸段。點擊自定義按鈕定位元素尺寸參數(shù)部分。在最大要素增長率編輯字段中，鍵入1.55。在曲率因子編輯字段中，鍵入0.65。單擊建立全部按鈕研究第1步：頻域在模型建立器窗口中，展開研究1的節(jié)點，然后單擊步階1：頻域。在頻域的設置窗口中，找到研究設定部分在頻率編輯字段中，鍵入3e8/1e-6 3e8/1.2e-6。這將讓你得到一個自由空間波長為1 微米和一個自由空間波長為1.2微米的解在研究工具欄上，單擊計算結果電場（ewfd）默認的曲線圖表示了頻率最低時電場范圍的分布。因為這時頻率低于波導的截止頻率，波 不能通過波導傳播。在模型建立器窗口中，單擊電場（ewfd）在2D繪圖群組的設置

8、窗口中，找到數(shù)據部分從參數(shù)值（頻率）列表中，選擇3e14。在電場（ewfd）H具欄上，單擊繪圖。300赫茲，或1m的自由空間波長，在帶隙內。波在波導中傳播，僅僅損失一點的能量。嘗試 可視化領域的瞬時值在模型建立器窗口中，展開電場（ewfd）節(jié)點，然后單擊表面1。在表面設置窗口中，單擊的右上角取代表達式部分。從菜單中，選擇電磁波，頻率域 電性電場電場，Z分量（ewfd.Ez）。找到著色和樣式部分。從色彩表列表中，選擇wavelight。如果范圍大約是零對稱的， Wavelight的色表看起來更好選擇色彩范圍對稱化復選框。在電場（ewfd）H具欄上，單擊繪圖最后，創(chuàng)建一個比較兩個頻率的波進入波導后電場量如何下跌的曲線圖。數(shù)據集在結果工具欄上，單擊切線2D在切線2D設置窗口中，找到線資料部分在點1，輸入