基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发_图文(精)
lumeical的fdtd的structures
Lumerical公司是一家致力于提供光电子设计软件解决方案的国际知名企业。
其旗下的FDTD解决方案是一款基于有限差分时域（FDTD）算法的光学结构仿真软件，被广泛应用于光学通信、光电子器件设计、纳米光学等领域。
在本文中，我们将重点介绍Lumerical的FDTD解决方案在光学结构仿真方面的特点和应用。
1. FDTD算法有限差分时域（FDTD）算法是一种数值求解Maxwell方程组的方法，可以用于模拟光学结构中的电磁波传输、吸收、散射等过程。
FDTD算法是一种非常灵活、高效的仿真方法，能够准确地模拟复杂的光学结构，包括光子晶体、光波导、光栅等。
相比于传统的有限元法（FEM）和有限差分法（FDFD），FDTD算法具有更好的模拟效果和更快的计算速度。
2. Lumerical的FDTD解决方案Lumerical公司推出的FDTD解决方案是基于FDTD算法的一款专业光学结构仿真软件。
该软件集成了强大的仿真引擎和直观的用户界面，可以帮助用户快速、准确地设计和优化光学器件。
与传统的FDTD软件相比，Lumerical的FDTD解决方案具有以下几个突出特点：（1）高性能计算引擎：Lumerical的FDTD解决方案采用了最新的并行计算技术，能够充分利用多处理器和多核心，实现快速、高效的仿真计算。
（2）丰富的模拟功能：该软件支持多种光学模式的仿真，包括线偏振光、圆偏振光、自由空间光波等。
用户可以根据需要进行灵活的设置和仿真，以获取更准确的仿真结果。
（3）直观的用户界面：Lumerical的FDTD解决方案具有简洁直观的用户界面，支持图形化编辑和仿真设置，使用户能够快速上手并进行高效的工作。
3. 应用案例Lumerical的FDTD解决方案在光学结构仿真方面具有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用案例：（1）光子晶体器件设计：光子晶体是一种具有周期性结构的光学材料，在光子学器件中有重要的应用。
利用Lumerical的FDTD解决方案，用户可以对光子晶体的光子带隙、光子波导等性质进行准确的仿真和优化，为器件设计和性能调控提供重要参考。
基于光电二极管的光子晶体光控器件设计
基于光电二极管的光子晶体光控器件设计光子晶体光控器件设计：基于光电二极管引言：随着人类对光学器件性能要求的提升，光子晶体光控器件作为一种新型的光控传感器逐渐受到了广泛关注。
基于光电二极管的光子晶体光控器件具有响应速度快、灵敏度高、能耗低等优势，因此在传感器领域有着广泛的应用前景。
本文旨在研究光子晶体光控器件的设计原理和应用，并提出一种基于光电二极管的光子晶体光控器件设计。
一、设计原理（1）光子晶体介绍光子晶体是一种特殊的光学材料，其具有周期性的折射率分布结构。
通过调节光子晶体的结构参数，可以实现对特定波长的光的衍射、反射和透射。
因此，光子晶体广泛应用于光学器件中。
（2）光电二极管介绍光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件。
它由P型和N型半导体材料组成，当光照射到光电二极管表面时，光子能量会激发电子从价带跃迁到导带，产生电流。
（3）基于光电二极管的光子晶体光控器件设计原理基于光电二极管的光子晶体光控器件的设计基于以下原理：当光子能量通过光子晶体的周期性结构时，会与周期性结构发生相互作用，从而改变其波长、能量等特性。
光电二极管能够将入射光转化为电流信号。
因此，将光电二极管与光子晶体相结合，可以实现对特定波长光的探测和控制。
二、设计步骤（1）光子晶体设计首先，需要选择合适的光子晶体材料和结构。
光子晶体材料的选择应考虑其折射率和透明度等特性，以便实现所需波长的光的控制。
结构设计上，可以通过调整光子晶体的周期、孔隙形状和大小等参数来实现对特定波长的光的衍射、反射和透射。
（2）光电二极管选择和布局接下来，需要选择合适的光电二极管作为光子晶体光控器件的光电转换元件。
光电二极管的选择应考虑其响应速度、灵敏度和波长范围等因素。
在设计布局时，应将光电二极管与光子晶体适当地相互放置，以确保光能能够有效地转化为电能。
（3）电路设计在光子晶体光控器件的设计中，电路设计是非常重要的一步。
其中，需要考虑的主要因素包括光电二极管的电流放大电路、滤波电路以及输出信号的采集与处理等。
二维光子晶体波导传输特性的FDTD分析
0引言1987年，美国的E.Yablonovitch [1]和S.John [2]各自独立地提出了“光子晶体”（photonics crystal ）的概念，即如果将折射系数不同的介质在空间按一定的周期排列，当周期参数与光波长同一数量级时，由于周期结构带来的布拉格散射，那么该晶体能够在一定的频率范围内产生“光子带隙”（photonic band gap ，PBG ），也称“光子禁带”。
光子晶体的能带结构特性决定了其不同于其他介电材料的特性。
光子晶体[3，4]是一种具有周期结构的人造材料，因为其应用范围广泛，一经问世就引起了学术界高度关注。
随着对光子晶体的深入研究，科学家们相信对光子晶体的研究和应用将会极大地推动光子学和光子产业的发展。
目前，在理论上，科学家们提出了多种模拟计算光子晶体的理论方法。
具有固定结构和参数的光子晶体，借助计算机，人们可以很容易计算出其能带结构、反射和透射等物理性质。
在二维光子晶体方面，分析研究不同介质常数形成的不同周期结构的光子晶体的能带结构和分析由线缺陷构成的光波导的特性仍是人们的研究课题之一。
本论文将采用时域有限差分法研究无限长Al 2O 3介质棒在空气中排列形成的二维光子晶体，通过分析反射和透射等特性，算出该完整周期结构光子晶体的带隙。
接着设计一种线缺陷，形成波导结构，进而计算和验证缺陷态的存在。
1计算方法时域有限差分法（FDTD ）是电磁场数值计算的经典方法之一，其被应用于光子晶体的理论研究[5]始于上世纪90年代。
在三维直角坐标系中，时域有限差分（FDTD ）中离散的电场和磁场的空间分布如图1所示，每一个磁场分量周围有四个电场分量；每一个电场分量周围有由四个磁场分量。
电磁场分量的这种空间取样方式既符合符合法拉第电磁感应定律和安培环路定律，又适合Maxwell 方程的差分计算，可以完整地描述电磁场随着实践在空间的的传播。
根据时域有限差分（FDTD）理论，Maxwell差分方程可以写为：同理可以写出H y 、H z 、E y 、E z 的Maxwell 差分方程。
二维光子晶体结构设计的建模,算法和仿真研究
二维光子晶体结构设计的建模,算法和仿真研究随着科学技术的不断进步，光子学在众多领域发挥着日益重要的作用。
在特定的应用中，如激光技术、光通信等，光子晶体结构被广泛用于实现特殊功能。
为此，开发出有效的工程方法是非常重要的。
理论上讲，光子晶体结构的设计可以通过矢量模式分析、方程数值求解、局域模拟等方法进行，但是，在复杂条件下，以上方法很难解决光子晶体设计中存在的各种问题。
因此，近年来，许多学者和研究人员开始研究基于建模、算法和仿真的光子晶体结构设计方法。
首先，建模和分析工具的运用可以有效地提高设计过程的效率和精度。
在建模方面，可以使用不同的技术来描述光子晶体结构，如FEM（有限元）、FDTD（时域有限差分）、BEM（边界元法）等。
这些工具不仅帮助我们建立准确的模型，而且还可以实现对结构状态的实时监测。
其次，算法是另一种重要的工具，用来处理特定结构中出现的问题。
不同的算法可以有效地求解出最优的设计参数，以实现预期的性能。
目前，与光子晶体结构相关的经典算法有遗传算法、模拟退火算法、模式搜索算法等，而新的算法如深度学习也在此领域得到应用。
最后，仿真技术的发展为光子晶体结构设计提供了一种有效的验证和测试方法。
使用物理仿真技术，例如FDTD和FEM，可以模拟出各种复杂的环境下光子晶体结构的相关行为，在设计过程中及时发现和解决可能出现的问题。
通过上述方法，可以有效地评估出不同结构中较优的参数，并根据要求实现对应功能。
因此，掌握建模、算法和仿真方法对于光子晶体结构设计来说是必不可少的。
然而，在实际应用中，光子晶体结构的设计过程仍然存在许多挑战。
因此，未来研究的重点是开发基于建模、算法和仿真的有效方法，并有效解决复杂结构设计中潜在的问题。
仅有这样，才能有效地应用光子晶体结构，满足多样化的应用需求。
本文以《二维光子晶体结构设计的建模、算法和仿真研究》为标题，综述了基于建模、算法和仿真技术的光子晶体结构设计方法，以提高设计效率和精度。
FDTD仿真报告PPT课件
图2.8 z_max=50nm
图2.8 z_max=100nm
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谢谢！
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2、设置仿真区 -设置为3D模式 -BC(Periodic in x, y, PML in z) -”x, y span”=400nm, “z span”=1 micron -Mesh精度为 2
3、设置光源 -平面波，z axis backwar器 -index监视器 -time监视器（置于Si层） -透/反（T/R）射率监视器（每网格50频点） -场分布监视器（3频点）
FDTDSolutions使用报告
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1 FDTD简介-优点
FDTD（时域有限差分）方法是把 Maxwell 方程式在时间和空间领域上进 行差分化。利用空间领域内的电场和磁场进行交替计算，通过时间领域上更新 来模仿电磁场的变化，达到数值计算的目的。
用该方法分析问题的时候要考虑研究对象的几何参数，材料参数，计算精 度，计算复杂度，计算稳定性等多方面的问题。其优点是能够直接模拟场的分 布，精度比较高，是目前使用比较多的数值模拟的方法之一。
精确 普遍适用 能够模拟任意复
杂形状 可获得宽谱结果
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1 FDTD简介-设计流程
1、仿真物理建立 ：几何结构 ：材料特性
2、定义仿真区域 ：边界条件
3、设置激励源（光源） 4、设置监视器
：至少使用一个时间监视器 ：分析组 ：记录需要的数据
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1 FDTD简介-运行与分析
运行仿真文件 分布式并行运算 并发式并行运算
记录需要的数据fdtd简介简介设计流程设计流程运行仿真文件分布式并行运算并发式并行运算结果分析视觉化器visualizer使用脚本语言fdtd简介简介运行与分析运行与分析测量400800nm的宽光谱光源通过玻璃衬底上50nm厚的硅膜层后的透过率与反射率硅膜层透过率反射率仿真硅膜层透过率反射率仿真1设置物理结构sio2层10106umsi层1010005设置网格为25nm2设置仿真区设置为3d模式bcperiodicspan1micronmesh精度为23设置光源平面波zaxisbackward波长400800nm4设置监视器movie监视器index监视器time监视器置于si层透反tr射率监视器每网格50频点场分布监视器3频点表21仿真参数设定在fdtdsolutions中建立的物理模型并设置仿真参数
FDTD案例分析续篇
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纳米粒子散射
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实例二 ：纳米线栅偏振器
1、纳米线网格偏振镜紧凑光子偏振控制元素——与解决方 案设计和优化FDTD • 高对比度极化控制装置的组成sub-wavelength金属光栅纳米线偏振器件——正在取代网格批量光学元素。纳米线 网格偏振器件提供改进消光比对比,最小的吸收来解决高 亮度照明,紧凑的形式因素促进大规模生产和集成在小型 光学组件。然而,纳米线偏振器件是富有挑战性的网格组 件来设计,特别是如果制造缺陷都考虑进去。在这个应用 程序中,我们将展示FDTD解决方案可以用来最大化对比度 的纳米线偏振镜网格任意角度,同时保持高传播。
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SPR纳米光刻
• 第三步：分析了表面等离子体共振光刻近场数据 详细的研究结果和数值的解决方案,所有复杂的光学波的 交互的接口的许多材料,包括硅基片上的反射,准确地对待。 一个阴谋的近场强度在截面通过银丝面膜层(y=0到60海里) 和光刻胶层(y = -50到0 nm)显示在对数。表面等离子体模 式是清楚地看到在银胶面罩/接口。周期性结构允许入射光 束夫妇counter-propagating表面等离子体波,这引起了亚波 长的变化在光阻层强度的设计思想。
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纳米线栅偏振器
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纳米线栅偏振器
• 第四步：模拟得到的响应非正态纳米线网格发病率照明。 铝光栅wiregrid偏振镜有TE传播的大约85%的normallyincident平面波。现在,与一个源呈四十五度角,传播下降到 大约83%。这些结果生成模拟一个时期的wiregrid偏振镜,然 后使用复杂的脚本的环境,在解决方案将FDTD响应从单个光 栅牙的反应,multi-tooth组成部的铝光栅。
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论文范文：二维光子晶体波特性与FDTD研讨
论文范文：二维光子晶体波特性与FDTD研讨第一章绪论1.1论文的研究背景光子晶体的研究现状与发展光子作为信息的载体，具有许多电子无法比拟的优势。
最明显的优势就是光子在介质中的传播速度远远大于电子的传播速度。
另外电介质材料的带宽比金属要大得多。
通常的光纤通信系统的带宽都在THz数量级，然而有线电话的带宽只有几百kHzo而且光子之间相互作用很弱，不存在类似电子之间那么强的库仑相互作用，这样不仅可以减少能量损失，而且容易实现并行处理。
因此，下一代器件无疑属于光器件。
光子晶体是近二十年出现的一种新型人工结构功能材料，由于其在控制电磁波的传播方面具有普通光学器件所无法比拟的优良性能，因而光子晶体的研究在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了广泛的关注[’一。
正是由于光子晶体的特殊性能和在光学、光电子学、信息科学中广泛的应用前景，有人预言光子晶体的研究有可能在21世纪推动信息技术产生新的突破将人类带入光子时代。
光子晶体的概念是1987年分别由S.John(7l和E.Yablonovich(gl各自独立提出来的。
引起了世界各国科学家的研究热潮，随后经历了20年的发展，已经在微带[f9}}ol、光纤[”一，3l、集成光路(14-171等领域取得不少成果。
近几年来，我国政府和科技界对光子晶体的研究也给予了相当的重视。
光子晶体的研究先后得到了国家“863计划”(包含光电子器件和光电子、微电子系统集成技术主题，激光技术领域等方向)"973计划”(国家安全重大基础研究项目“军用光子/声子晶体基础研究”)的支持。
2000年国家自然科学基金资助6项课题;2001年的指南中已列为重点研究项目，所资助的领域涉及光子晶体的理论研究、制备表征和应用等多个方向;2004年国家自然科学基金在重大基础研究项目中对光电信息功能材料(光子晶体)进行了重点资助((1000万人民币)。
我国科学工作者在光子晶体材料的基础研究方面取得了一些令人瞩目的研究成果:我国中科院物理所顾本源等给出了一个普通描述光子晶体中辐射衰减的广义洛伦兹谱公式;中科院物理所光物理室提出了准晶和非晶光子晶体的概念;浙江大学何赛灵等提出了光子晶体负折射率介质的新应用;清华大学周济等提出了基于铁电陶瓷相变和光电效应的可调带隙光子晶体;复旦大学资剑教授课题提出了光子晶体偏振器;中国科学院物理研究所张道中教授提出的准晶结构光子晶体等均在国际同行中产生了一定的影响。
lumerical solutions 案例
lumerical solutions 案例Lumerical Solutions案例：光子晶体纳米激光器设计和优化概述：本案例使用Lumerical Solutions软件进行光子晶体纳米激光器的设计和优化。
光子晶体纳米激光器是一种基于周期性介质的纳米结构，能够在纳米尺度上实现高效的光子与模式的耦合。
通过模拟和优化，可以提高光子晶体纳米激光器的性能和效率。
步骤：1. 设计光子晶体结构：使用Lumerical Solutions的FDTD Solver模块，设计光子晶体的结构。
通过调节周期性介质中的折射率、周期和晶格常数等参数，实现所需的光子晶体结构。
同时，根据需要选择包括光子晶体缺陷模式、光波导等功能组件。
2. 模拟模式耦合：使用Mode Solutions模块，可以模拟并优化光子晶体纳米激光器的模式耦合效果。
通过计算模式的耦合效率和传输损耗等指标，可以确定光子晶体纳米激光器的性能。
3. 优化光子晶体结构：基于模式耦合的模拟结果，调整光子晶体的结构参数，以优化光子晶体纳米激光器的性能。
可以使用优化设计工具，自动调整折射率分布、结构尺寸和晶格常数等参数，快速找到最佳的结构。
4. 渐进扫描优化：对于复杂的光子晶体结构，可以使用Lumerical Solutions的DFB Laser Designer模块进行渐进扫描优化。
该模块使用有限元方法来计算模式的增益和自发辐射衰减等参数，并自动调整结构以提高激光器的性能。
5. 分析光子晶体激光器特性：利用FDTD Solver进行时间域或频域的电磁模拟，分析光子晶体纳米激光器的激发和发射特性。
可以模拟激光的输出功率、谐振模式的品质因子和互作用强度等重要指标。
6. 结果分析和优化：根据模拟结果，分析和优化光子晶体纳米激光器的设计。
可以通过改变材料参数、结构尺寸和器件布局等方式，优化激光器的性能。
最终，根据模拟结果的预测和实际实验的反馈，进一步改进和优化光子晶体纳米激光器的设计方案。
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第 23卷第 6期 计算机应用与软件 Vo l 23, No . 6 2006年 6月 Co m puter Applicati o ns and Soft w are Jun . 2006 基于 FDTD 二维光子晶体器件设计软件的开发 彭小舟 张冶金 杨四刚 陆 洋 陈向飞 谢世钟 (清华大学电子工程系 北京 100084
收稿日期 :2004-08-31。 基金 项目 :国家重 点基 础研 究规 划 973项目 (2003CB314907 。 彭小舟 , 硕士生 , 主研领 域 :光子 晶体平 板类 与
光纤类器件的研究。 摘 要 介绍了一 个基于时域有限差分法 (FDTD 的二维光 子晶体 器件设 计软件 PCCAD, 所用 的核心 算法是 时域 有限差 分法 。
与同类 FDTD 商业软件相比 , 特点在于其具有多种光子晶体结构编辑模板 , 多种点源 、 线源 , 先进的边界吸收技术及多 种参数优化 扫 描等功能 。 快速傅里叶变换及 P ade 算法在软件设计中的应用使 模拟更加精 确 、 快 速 。 软件适用于 各种平面 光子晶 体的仿 真设计 , 探索新的器件结构 。 最后 , 利用此软件设计了直波导 、 T 型波导等二维平面光子晶体器件 。 关键词 时域有限 差分法 (FDTD 光子晶体 设计软件
THE DEVELOP M ENT OF 2D PHOTON I C CRYS TALS DEVI CE DESI GN S OFT WARE BAS ED ON FDTD Peng X iaozhou Zhang Y ejin Y ang S i g ang Lu Y ang Chen X iangfe i X ie Sh izhong
(TheE lectron ics E ng i n ee ring D e part m ent , T sing hua Un i v e rsit y, B eijing 100084, Ch i na
Abstrac t A 2D pho ton ic crysta l s dev ice desi gn so ft ware PCCAD, which is based on fi n ite d iffe rence ti m e do m a i n m ethod (FDTD , i s i n troduced i n this paper . T he key a l go rith m used i n t h i s so ft wa re is FDTD. Compared w i th t he ex isting comm erc i a l FDTD appli cations , PCCAD
has t he fo llo w i ng advantage :p lenty of photonic crysta l s desi gn te m plates , po int and li ne i ncidentw ave sou rce , advanced abso rb bound conditi on and the facti on o f para m ete r opti m ize scann i ng . T he applica ti on o f FFT and P ade a l gor it hm bring m ore prec i s i on and save much ti m e from s i m u l ating . Th is so ft w are is s u itable for 2D photonic crystals dev ice design or l ook i ng f o r new structure . A t the l ast of this paper , so m e types o f pho t on i c c rystals w avegu i de i s designed usi ng t h is so ft w are . K eywords FDTD Pho ton ic crysta l Des i gn soft w are 0 引 言 二维平板光 子晶 体是 目前 光子 晶体 研究 中的 一个 重要 分 支 , 目前 , 有关二维平 板光子 晶体的 理论已 经基 本成熟 [1~4], 但 是设计和工艺 还处 在起 步阶 段 , 相关 的设 计软 件还 很不 成熟。 二维平板光子晶体结构复杂 , 实验制作难度大费用高 , 先期的理 论设计是必须的 , 一个好 的设计 软件显 得尤为 重要。光子 晶体 的理论 分 析 方 法 主 要 有 平 面 波 展 开 法 [1]
, 时 域 有 限 差 分 法 FDTD (F i n ite D ifference T i m e Dom ain [5, 6], 多极化方法 [7]等。目 前 , FDTD 是用来模拟电 磁波在 光波 导中 传播 的数 值算 法中 应 用最为广泛的一 种 , FDTD 由于 具有 适合 于各 种波 导结 构瞬 态 分析且 结 果 精 确 而 被 广泛 地 应 用。 代表 性 的 软 件 有 美 国 的 R soft , 澳大利亚 VP I 的 Apo llo , 美 国的 O pti w ave 。这些软件 虽然 功能强大 , 但是在结构编辑上有些不方便之处 , 优化扫描功能也 欠缺。
本工作开发的 PCCAD 二 维光子 晶体器 件设计开 发系 统由 两个相互独立的模块 组成 , 采用可视 化的结 构描述 及多线 程程 序实现技术 , 在其关键算 法 FDTD 中 采用 了目前 吸收 性能 最好 的边界条件 单轴 完美 匹配 层 (UPM L , 输 入源 的引 入采 用 改进的总场反射场连接边界。在模拟时 能实时的对当前电磁场 的分布进行显示 , 并且设置了功能强大的参数优化扫描功能 , 能 , 进行扫描 , 得到损 耗曲线 , 以 进行优 化设计。另外 , 可以在 计算
区域内的任意位置设置观察点 , 对观察点采集的电磁场数值的处 理引入了快速傅 立叶变换 (FFT 以及 P ade 算 法 , 能 够快速 精确 地分析器件的频率响应特性 , 得到响应峰值及品质因子 (Q值 。
1 PCCAD 系统的结构与设计 图 1为 PCCAD 的总体结构图 , 软件由编辑和 仿真分析两个 部分组成。编辑部分用来 编辑一 个二维 平板光 子晶体 结构 ; 模 拟部分用来对光 (电磁波 在光子晶体里的 传播情况进 行 FDTD 图 1 PCCAD 的总体结构 2 计算机应用与软件 2006年 模拟 , 并以动画的形式将当 前电磁波 的某个 分量在 光子晶 体中 分布的情况显示出来 , 模拟结束后 , 系统 将用采集的数据对光子 晶体的特性进行分析 。
PCCAD 的两大部分 是相对独立的 , 编辑部分提供 了强大的 二维平板光 子晶 体的 编辑 功能 , 目 前 PCCAD 的计 算仅 限于 二 维 , 也就是在 Z 方向上所有的参数都是均匀的 , 编辑部分可以非 常方便地加入各种形状 的光波 导结构 或者光 子晶体 阵列结构 , 编辑完成后 , 通过文件的形 式将结构 与仿真 参数传 递给第 二大 部分 仿真与优化扫描部分 。第二部 分对传递过来的文件进 行分析 , 获取一个折射 率的分 布。因为 FDTD 算 法只 跟折 射率 的分布相关。这样分成两部分的设计给 以后程序的扩展带来了 很多方 便。程 序 的 主要 部 分 FDTD 算 法集 成 在 第 二 部 分中 , FDTD 算法采用了具有良好的吸 收效果 的边界 UPM L 边界 以及 总场反射场输入光 源的设 置。在仿真 过程中 , 软件 可以将 某几 点的电磁场随时间变 化的值采 集下来 , 可以 绘制观 察点电 磁场 大小随时间变化的情 况 , 还 可以将采 集的数 据进行 快速傅 立叶 变换 , 以得到观察点的频谱图。
2 PCCAD 功能概述 PCCAD 采用 VC 编程 , 40000行 源代码。 运行环 境要求 P I II600以上 PC 机 , VGA 显示器 , W i ndo w s 环境 , 256M 内存 , 1G 以 上空闲硬盘存放软件 和仿真数据。主界面如图 2
所示。
图 2 PCCAD 主界面 2. 1 波导编辑工具 一个方便精确的 编辑工具对于一个设计软件来说是至关重 要的 , 二维平板光子晶 体器件 设计软件 也不例 外。 PCEd it 可以 方便地设置背景晶 体的长 宽 , 实部与虚 部的折 射率。 PCEdit 可 以用鼠标拖曳完成各 种光波导 与光子 晶体结构 的初步 绘制 , 可 以右键弹出对话框对 每个光波 导的属 性进行更 改 , 在绘制 完成 后 , 还可以对波导的边界关键点进行拖动改变大小和形状。
因为此编辑 工具 主要 是用 来设 计一 个二 维的 平板 光子 晶 体 , 最重要的功能是可以很方便地编辑一个二维的光波导阵列。 可以 任 意的 更改 一 个阵 列的 行 数 , 列数 , 阵列 网 格的 夹 角 , 倾 斜角。
2. 2 仿真 电磁场 在光波 导或者 光子 晶体阵 列里的
传播
FDTD 法是一种 时域方 法 , 该方 法直 接把 含有 时间 变量 的 M axw ell 方程在 Y ee 网格 空间 转换 为差分 方程。利 用 FDTD 方 法 , 对二维平板光子晶体设 计的过程 是首先 给定一 个具体 的平 板光子晶体结 构 , 设 定所 需 的输 入源 , 然后 进行 FDTD 逐点 计 算
, ( 场随时间的分布对于二维 平板光 子晶体 的设计 是相当 关键的 , 也是进行一系列分析与优化 扫描的 基础。 FDTD 算法 对具体 结 构的无关性使得在仿真部分只要获得从编辑部分 传过来的的折 射率分布及一些具体的 FDTD 参数 , 如剖分网格数 , 离散时间 步 长等就能实现电磁场 的模 拟传播。 对于 FDTD 算法 , 最 关键 的 两个因素是吸收边界条件与输入光源。本软件采用的指数形 式 差分的 U P M L 吸收层 , 可以实现 <0. 001%的反射率。对于输 入 光源部分 , 考虑 到设计的需要 , 光源可以定义上下左右四个传 播 方向 , 能够实现 连续激励 , 高斯脉 冲激励 , 升余弦 调制激励三 种 形式 , 在下面可 以看出 , 高斯脉冲激励在进行光谱扫描时是相 当