科研创新训练

1、光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。一个被限制的光子晶体里面 波导具有非常锐利的低损耗弯曲，这使得集成密度增加几个数量级。介绍该模型描述了在由彼此等距离放置的砷化镓柱子组成光子晶体的波传播。支柱间的距离可防 止某些特定波长的光传播进入晶体结构。依靠支柱之间的距离，在特定频率范围内的电磁波 被反射而不能通过晶体传播。这个频率范围称为光子带隙。通过除去在晶体结构中的一些砷 化镓支柱可以为在带隙频率的光创造一个“通道”，然后光可以沿着这个几何形状的“通道”传播。Incoming传播。Incoming模型定义上图描述的是由砷化镓圆柱阵列组合而成的空气“通道”。通过移去一些柱子形成一

2、个具有 90弯曲的波导。该模型的目的是研究TE波如何通过晶体传播。这些模型使用标量计算公 式，设横向电场分量为E Z :-N NEz -n2k2Ez = 0其中，n是折射率，k0是自由空间波数。由于没有物理边界，可以在所有边界使用散射边界条件。设振幅EZ在入射波的边界上为1。结果和讨论图1包含了电场的z分量的曲线图。它清楚地展示了光波通过波导的传播。frql)=3el4 Surface： Electric field, z component (V/m图1：在电场的z分量曲线图表示波如何沿着由支柱定义的路径传播。 如果入射波的角频率是小于波导的截止频率，波不会通过这个波导传播。 图2中的波长已

3、增加为原来的1.2倍。图2： 一个波长较长的波将不能穿过波导传播。此图为这个电场的基准。建模指令从文件菜单中选择新建。新建在新窗口中，单击模型精灵按钮模型精灵在模型精灵窗口中，单击2D按钮在选择物理树中，选择光学波光学电磁波，频域（ewfd）单击新增按钮。单击研究按钮在选择树中，选择预设研究频域单击完成按钮 几何1载入在主页面上，单击载入。在载入设置窗口中，找到载入部分单击浏览按钮。浏览该模型的模型库文件夹，然后双击该文件photonic_crystal.mphbin。单击载入按钮单击图形工具栏上的最大化按钮材料砷化镓的折射率取决于频率。该模型定义的表达式中折射率对应于自由空间波长为1.033

4、2 微米和1.2339微米之间的线性化频率。材料1在主页面上，单击新材料右键单击材料1和选择重命名去重命名材料对话框，并在新名称编辑字段中键入砷化镓。单击确定选择域1和3-86。这是因为一旦你选择了所有域从列表中移除域2是最容易被完成的。在材质的设置窗口中，单击材料属性部分。在材质属性树中，选择电磁模型折射率折射率（n）单击新增至材料 砷化镓在模型建立器中，展开材料砷化镓节点，然后单击折射率在属性组设置窗口中，找到局部性质部分。在局部性质表中，输入以下设置：PropertyExpressionUnitlambda。c_const/freqm4.找到输出属性与模型输入部分。找到输出属性分段。在该

5、表中，输入以下设置PropertyVariableExpressionUnitSizeRefractive indexn ; nii = n, nij = 0-3.3285e5*lambda0+3.5031I3x3材料2在主页面上，单击新材料右键单击材料2和选择重命名去重命名材料对话框，并在新名称编辑字段中键入空气单击确定仅仅选择域2在材质的设置窗口中，单击材料属性部分在材质属性树中，选择电磁模型折射率折射率（n）单击新增至材料找到材料目录部分。在该表中，输入以下设置PropertyNameValueUnitProperty groupRefractive indexn1IRefractive

6、 index电磁波，频率域散射边界条件1在物理量工具栏上，单击边界并选择散射边界条件。在散射边界条件的设置窗口中，找到选择边界部分。从选择列表中，选择所有的界限。散射边界条件2在物理量工具栏上，单击边界并选择散射边界条件。仅仅选择边界5在散射边界条件的设置窗口中，找到散射边界条件一节从入射场列表中，选择由电场决定电磁波指定E0向量0 x0y网格1默认网格设置目的是为所有曲面边界找到一个很好的解决方案。在该模型中，它们会导致大 量的元素。通过放宽增长率和曲率分辨率要求，你可以得到一个具有较少的元素的准确的解 决方案。尺寸在网格工具栏上，单击任意三角形在模型建立器下，网1下，按一下尺寸在尺寸设置窗

7、口中，找到元素尺寸段。点击自定义按钮定位元素尺寸参数部分。在最大要素增长率编辑字段中，键入1.55。在曲率因子编辑字段中，键入0.65。单击建立全部按钮研究第1步：频域在模型建立器窗口中，展开研究1的节点，然后单击步阶1：频域。在频域的设置窗口中，找到研究设定部分在频率编辑字段中，键入3e8/1e-6 3e8/1.2e-6。这将让你得到一个自由空间波长为1 微米和一个自由空间波长为1.2微米的解在研究工具栏上，单击计算结果电场（ewfd）默认的曲线图表示了频率最低时电场范围的分布。因为这时频率低于波导的截止频率，波 不能通过波导传播。在模型建立器窗口中，单击电场（ewfd）在2D绘图群组的设置

8、窗口中，找到数据部分从参数值（频率）列表中，选择3e14。在电场（ewfd）H具栏上，单击绘图。300赫兹，或1m的自由空间波长，在带隙内。波在波导中传播，仅仅损失一点的能量。尝试 可视化领域的瞬时值在模型建立器窗口中，展开电场（ewfd）节点，然后单击表面1。在表面设置窗口中，单击的右上角取代表达式部分。从菜单中，选择电磁波，频率域 电性电场电场，Z分量（ewfd.Ez）。找到着色和样式部分。从色彩表列表中，选择wavelight。如果范围大约是零对称的， Wavelight的色表看起来更好选择色彩范围对称化复选框。在电场（ewfd）H具栏上，单击绘图最后，创建一个比较两个频率的波进入波导后电场量如何下跌的曲线图。数据集在结果工具栏上，单击切线2D在切线2D设置窗口中，找到线资料部分在点1，输入