二維光子晶體諧振器的快速 Q 值計算方法。

2014-09-18 2022-09-23 miyahara

研究

2014-09-18

開發可自動優化結構的演算法。

二維光子晶體 (2D-PhC) 諧振器是具有高 Q 值的光學諧振器，可使用矽製程製造，可望應用於光學開關和記憶體等光學裝置。在設計諧振器時，諧振波長與 Q 值是利用三維時域差分法 (3D-FDTD) 的電磁場分析來進行分析，眾所周知，此方法會消耗大量的計算資源。本研究已開發出一種演算法，可更快速地計算 Q 值，而此法特別耗費計算時間。

2D-PhC 諧振器藉由全反射來限制垂直於板面的光線，因此無法滿足全反射分量的諧振器模式中的光線會從板面輻射出來，限制了諧振器的 Q 值。不滿足全反射條件的波長區域，其中 |k⊥|<ω0/c (k⊥ 是面內波長，ω0 是共振角頻率)，在空間傅立葉空間中稱為光錐區 (LC)（圖 1(b)），在我們這裡提出的方法中，Q 值可以透過確定 LC 中每個波長分量的菲涅爾反射率和單位時間內的反射次數來計算。Q 值可以透過確定 LC 中每個波長分量的菲涅爾反射率和單位時間內的反射次數來計算。

該演算法應用於 L3 諧振器，以計算 Q 值。結構如圖 2 所示。空位間距為 420 nm，空位半徑為 115.5 nm，板厚為 210 nm，諧振器兩側的空位向外偏移 32 nm，空位半徑設為 63 nm。此結構的諧振波長為 1572 nm。圖 3 顯示了傳統方法與本演算法根據計算域中的能量衰減所計算出的 Q 值。本方法使用激發後 0 s、250 fs 及 1 ps 時的模式分佈進行計算。層數 R 指的是諧振器與計算域之間的空位行數。圖 3 顯示，即使縮小計算域，也只能從緊接光源結束後的資料中精確取得 Q 值。對於 Q > 107 的變寬諧振器，也得到類似的結果。

該演算法可顯著減少計算域和計算步驟數，最多可減少 941 TP3T 的計算時間。未來的工作目標是使用此方法自動優化 2D-PhC 諧振器，以獲得更高的 Q 值。

該成果是與 NTT 凝聚態科學基礎研究實驗室合作完成的。該成果將發表在《光學快訊》第 22 卷第 19 期第 23349-23359 頁（2014 年）。

分類: 研究トピックス

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