Méthode de calcul rapide de la valeur Q pour les résonateurs à cristaux photoniques 2D.
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Méthode de calcul rapide de la valeur Q pour les résonateurs à cristaux photoniques 2D.
Développement d'algorithmes en vue de l'optimisation automatique des structures.
Les résonateurs à cristaux photoniques bidimensionnels (2D-PhC) sont des résonateurs optiques à valeur Q élevée qui peuvent être fabriqués à l'aide de procédés au silicium et qui devraient être utilisés dans des dispositifs optiques tels que les commutateurs et les mémoires optiques. Lors de la conception de résonateurs, la longueur d'onde de résonance et la valeur Q sont analysées par l'analyse du champ électromagnétique à l'aide de la méthode de différence tridimensionnelle dans le domaine temporel (3D-FDTD), qui est connue pour consommer beaucoup de ressources informatiques. Cette recherche a permis de développer un algorithme permettant un calcul plus rapide de la valeur Q, qui est particulièrement coûteux en temps de calcul.
Le résonateur 2D-PhC confine la lumière perpendiculairement à la dalle par réflexion totale, de sorte que la lumière dans les modes du résonateur qui ne peuvent pas satisfaire la composante de réflexion totale rayonne hors de la dalle, ce qui limite la valeur Q du résonateur. La région de nombre d'onde qui ne satisfait pas la condition de réflexion totale, où |k⊥|<ω0/c (k⊥ est le nombre d'onde dans le plan et ω0 est la fréquence angulaire de résonance), est appelée cône de lumière (LC) dans l'espace de nombre d'onde (figure 1(b)). La valeur Q peut être calculée en déterminant la réflectance de Fresnel et le nombre de réflexions par unité de temps pour chaque composante du nombre d'onde dans le LC.
L'algorithme a été appliqué au résonateur L3 pour calculer la valeur Q. La structure est présentée à la figure 2. L'espacement entre les lacunes était de 420 nm, le rayon des lacunes était de 115,5 nm, l'épaisseur de la dalle était de 210 nm, les lacunes sur les côtés du résonateur étaient décalées vers l'extérieur de 32 nm et le rayon des lacunes était fixé à 63 nm. La longueur d'onde de résonance de cette structure était de 1572 nm. Les valeurs de Q calculées par la méthode conventionnelle et le présent algorithme basé sur la décroissance de l'énergie dans le domaine de calcul sont présentées à la figure 3. Les distributions des modes à 0 s, 250 fs et 1 ps après l'excitation ont été utilisées dans le calcul avec cette méthode. Le nombre de couches R correspond au nombre de rangées de vide entre le résonateur et le domaine de calcul. La figure 3 montre que les valeurs Q ne peuvent être obtenues avec précision qu'à partir des données immédiatement après la fin de la source lumineuse, même lorsque le domaine de calcul est réduit. Des résultats similaires ont été obtenus pour un résonateur à largeur variable avec Q > 107.
L'algorithme s'est révélé capable de réduire de manière significative à la fois le domaine de calcul et le nombre d'étapes de calcul, réduisant le temps de calcul jusqu'à 941 TP2T. Les travaux futurs viseront à optimiser automatiquement le résonateur 2D-PhC pour des valeurs de Q plus élevées en utilisant cette méthode.
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