科研創(chuàng)新訓(xùn)練

1、光子晶體是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。一個(gè)被限制的光子晶體里面 波導(dǎo)具有非常銳利的低損耗彎曲，這使得集成密度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。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(zhǎng)的光傳播進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)。依靠支柱之間的距離，在特定頻率范圍內(nèi)的電磁波 被反射而不能通過(guò)晶體傳播。這個(gè)頻率范圍稱為光子帶隙。通過(guò)除去在晶體結(jié)構(gòu)中的一些砷 化鎵支柱可以為在帶隙頻率的光創(chuàng)造一個(gè)“通道”，然后光可以沿著這個(gè)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(guò)移去一些柱子形成一

2、個(gè)具有 90彎曲的波導(dǎo)。該模型的目的是研究TE波如何通過(guò)晶體傳播。這些模型使用標(biāo)量計(jì)算公 式，設(shè)橫向電場(chǎng)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(shè)振幅EZ在入射波的邊界上為1。結(jié)果和討論圖1包含了電場(chǎng)的z分量的曲線圖。它清楚地展示了光波通過(guò)波導(dǎo)的傳播。frql)=3el4 Surface： Electric field, z component (V/m圖1：在電場(chǎng)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(dǎo)的截止頻率，波不會(huì)通過(guò)這個(gè)波導(dǎo)傳播。 圖2中的波長(zhǎng)已

3、增加為原來(lái)的1.2倍。圖2： 一個(gè)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波將不能穿過(guò)波導(dǎo)傳播。此圖為這個(gè)電場(chǎng)的基準(zhǔn)。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(xué)波光學(xué)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(yù)設(shè)研究頻域單擊完成按鈕 幾何1載入在主頁(yè)面上，單擊載入。在載入設(shè)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(kù)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(dá)式中折射率對(duì)應(yīng)于自由空間波長(zhǎng)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(yè)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(duì)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?yàn)橐坏┠氵x擇了所有域從列表中移除域2是最容易被完成的。在材質(zhì)的設(shè)置窗口中，單擊材料屬性部分。在材質(zhì)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(diǎn)，然后單擊折射率在屬性組設(shè)置窗口中，找到局部性質(zhì)部分。在局部性質(zhì)表中，輸入以下設(shè)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(shè)置PropertyVariableExpressionUnitSizeRefractive indexn ; nii = n, nij = 0-3.3285e5*lambda0+3.5031I3x3材料2在主頁(yè)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(duì)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(zhì)的設(shè)置窗口中，單擊材料屬性部分在材質(zhì)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(shè)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(shè)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(shè)置窗口中，找到散射邊界條件一節(jié)從入射場(chǎng)列表中，選擇由電場(chǎng)決定電磁波指定E0向量0 x0y網(wǎng)格1默認(rèn)網(wǎng)格設(shè)置目的是為所有曲面邊界找到一個(gè)很好的解決方案。在該模型中，它們會(huì)導(dǎo)致大 量的元素。通過(guò)放寬增長(zhǎng)率和曲率分辨率要求，你可以得到一個(gè)具有較少的元素的準(zhǔn)確的解 決方案。尺寸在網(wǎng)格工具欄上，單擊任意三角形在模型建立器下，網(wǎng)1下，按一下尺寸在尺寸設(shè)置窗

7、口中，找到元素尺寸段。點(diǎn)擊自定義按鈕定位元素尺寸參數(shù)部分。在最大要素增長(zhǎng)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(diǎn)，然后單擊步階1：頻域。在頻域的設(shè)置窗口中，找到研究設(shè)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(gè)自由空間波長(zhǎng)為1 微米和一個(gè)自由空間波長(zhǎng)為1.2微米的解在研究工具欄上，單擊計(jì)算結(jié)果電場(chǎng)（ewfd）默認(rèn)的曲線圖表示了頻率最低時(shí)電場(chǎng)范圍的分布。因?yàn)檫@時(shí)頻率低于波導(dǎo)的截止頻率，波 不能通過(guò)波導(dǎo)傳播。在模型建立器窗口中，單擊電場(chǎng)（ewfd）在2D繪圖群組的設(shè)置

8、窗口中，找到數(shù)據(jù)部分從參數(shù)值（頻率）列表中，選擇3e14。在電場(chǎng)（ewfd）H具欄上，單擊繪圖。300赫茲，或1m的自由空間波長(zhǎng)，在帶隙內(nèi)。波在波導(dǎo)中傳播，僅僅損失一點(diǎn)的能量。嘗試 可視化領(lǐng)域的瞬時(shí)值在模型建立器窗口中，展開電場(chǎng)（ewfd）節(jié)點(diǎn)，然后單擊表面1。在表面設(shè)置窗口中，單擊的右上角取代表達(dá)式部分。從菜單中，選擇電磁波，頻率域 電性電場(chǎng)電場(chǎng)，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(duì)稱的， Wavelight的色表看起來(lái)更好選擇色彩范圍對(duì)稱化復(fù)選框。在電場(chǎng)（ewfd）H具欄上，單擊繪圖最后，創(chuàng)建一個(gè)比較兩個(gè)頻率的波進(jìn)入波導(dǎo)后電場(chǎng)量如何下跌的曲線圖。數(shù)據(jù)集在結(jié)果工具欄上，單擊切線2D在切線2D設(shè)置窗口中，找到線資料部分在點(diǎn)1，輸入