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手机网站怎么搜索引擎,代刷网站搭建教程,o2o网站开发框架,登录浙江省建设信息港光子晶体正入射光束位移#xff1b; - 复现#xff1a;2021子刊NC#xff0c;这里本质上有关于k空间和实空间的对应#xff0c;很有趣的物理。 - 关键词#xff1a;光子晶体#xff0c;能带#xff0c;远场偏振椭圆分布 (偏振场)#xff0c;连续域束缚态 (BIC)#xf…光子晶体正入射光束位移 - 复现2021子刊NC这里本质上有关于k空间和实空间的对应很有趣的物理。 - 关键词光子晶体能带远场偏振椭圆分布 (偏振场)连续域束缚态 (BIC)光束位移偏振转换 - 软件comsolmatlab (也可以不用可comsol内出图)FDTD (仅用于位移部分3D大尺寸计算更高效) - 备注 1. 同时即可得到品质因子的图 (1D2D) 但此处由于与文章主旨故没放上来 2. 可分块最近在研究光子晶体相关内容时发现了2021年子刊NC上一篇关于光子晶体正入射光束位移的文章其中涉及到k空间和实空间的对应物理原理相当有趣今天就来和大家分享一下我复现这个研究的过程。一、关键概念介绍一光子晶体光子晶体是一种由不同折射率的介质周期性排列构成的人工微结构材料。它就像是给光子打造了一个“晶格”光子在其中传播会受到类似电子在半导体晶格中传播的限制从而出现光子带隙。二能带在光子晶体的语境下能带描述了光子在晶体中允许存在的能量频率范围。通过对能带的研究我们可以了解光子在晶体中的传播特性。三远场偏振椭圆分布偏振场它表征了光在远场的偏振状态通过研究偏振椭圆的形状、取向等参数可以深入了解光与物质相互作用过程中的偏振变化。四连续域束缚态BIC这是一种独特的光学现象处于连续传播态的光子却被限制在特定区域无法辐射出去就像被“束缚”在了连续的传播空间中对光束位移等光学特性有着重要影响。五光束位移与偏振转换光束位移指光在通过光子晶体后其传播方向发生偏移的现象偏振转换则是光的偏振态在传播过程中发生改变这两个特性在许多光学应用中都非常关键。二、复现工具选择一ComsolComsol是一款强大的多物理场仿真软件在光子晶体研究中可以很好地模拟光与物质的相互作用。它的优势在于可以直观地设置模型的几何结构、材料属性以及边界条件等并且能在软件内部直接生成各类所需的图形。二MatlabMatlab拥有丰富的数学计算和绘图工具包。虽然在本次复现中它不是必需的但如果需要对数据进行进一步的处理和绘制复杂图形Matlab是一个不错的选择。三FDTDFDTD时域有限差分法在处理位移部分特别是3D大尺寸计算时具有更高的效率。它通过在时间和空间上对麦克斯韦方程组进行离散化处理能够快速模拟光的传播过程。三、复现过程分块解析一光子晶体模型搭建以Comsol为例在Comsol中首先定义光子晶体的几何结构。例如我们可以创建一个二维周期性的圆柱阵列作为光子晶体模型。% 假设我们用Matlab辅助计算一些几何参数 a 1; % 晶格常数 r 0.2*a; % 圆柱半径在Comsol中设置材料属性比如圆柱部分为高折射率材料如硅折射率n1 3.4背景为低折射率材料如空气折射率n2 1。通过设置周期性边界条件来模拟无限大的光子晶体结构。二能带计算在Comsol中利用频域求解器来计算光子晶体的能带结构。在求解设置中我们定义好计算的频率范围以及波矢空间的采样点。% 如果用Matlab处理能带数据 % 假设从Comsol导出的数据为freq和kpoints % 可以绘制能带图 figure; plot(kpoints,freq); xlabel(Wavevector (1/m)); ylabel(Frequency (Hz)); title(Photonic Crystal Band Structure);通过能带图我们可以清晰地看到光子带隙的位置这对于后续研究光束在光子晶体中的传播至关重要。三远场偏振椭圆分布与BIC研究在模拟光传播时设置光源为平面波正入射到光子晶体上。通过监测远场的电场分量我们可以计算出偏振椭圆的相关参数。% 假设从模拟结果中提取出电场分量Ex和Ey % 计算偏振椭圆参数 phi atan2(Ey,Ex); % 偏振角 ellipticity (Ey^2 - Ex^2)/(Ey^2 Ex^2); % 椭圆率在某些特殊频率和波矢条件下我们会观察到BIC现象。这时候远场的光场分布会呈现出独特的模式与常规情况有明显区别。四光束位移计算对于光束位移部分由于3D大尺寸计算的需求我们可以使用FDTD软件。在FDTD中设置好3D的光子晶体模型以及光源参数。% 如果从FDTD导出位移数据displacement % 可以简单分析位移随某些参数的变化 figure; plot(parameter,displacement); xlabel(Parameter); ylabel(Beam Displacement (m)); title(Beam Displacement vs Parameter);通过改变光子晶体的结构参数如圆柱半径、晶格常数等观察光束位移的变化情况。同时在这个过程中我们也会注意到偏振转换现象的发生即光的偏振态在传播过程中的改变。四、品质因子图备注部分虽然本次文章主旨未重点讨论品质因子图但在模拟过程中其实是可以同时得到品质因子的1D和2D图的。品质因子表征了光学谐振腔的性能对于深入理解光子晶体中的光场限制和能量损耗等方面有着重要意义。在Comsol中通过设置特定的后处理步骤可以提取出品质因子相关的数据并绘制出相应的图形。在复现2021子刊NC关于光子晶体正入射光束位移的研究过程中我们通过多种工具的结合使用深入探索了光子晶体的各种光学特性。希望这篇博文能为对光子晶体研究感兴趣的朋友们提供一些参考和启发。