Comsol 二维光子晶体计算：缺陷模 BIC 的探索之旅

comsol二维光子晶体计算 缺陷模BIC利用孤立兼并点和缺陷模频率match构造点缺陷BIC。 包含光子晶体能带缺陷模频率分析缺陷BIC场分布在光子晶体领域缺陷模 BICBound States in the Continuum连续谱中的束缚态有着独特而迷人的性质。今天咱就聊聊如何利用 Comsol 来实现二维光子晶体中缺陷模 BIC 的计算主要通过利用孤立兼并点和缺陷模频率 match 来构造点缺陷 BIC。光子晶体能带计算首先光子晶体能带的计算是基础。在 Comsol 中我们通常会用到波动光学模块。以一个简单的二维正方晶格光子晶体为例假设介质柱在空气中晶格常数为 \(a\) 。// 定义几何结构 Geometry1 model.geom.create(Geometry1, 2); Geometry1.feature.create(Block1, Rectangle); Block1.set(size, [a a]); // 定义材料属性 mat1 model.materials.create(mat1, Vacuum); mat2 model.materials.create(mat2, Custom); mat2.propertyGroup(electric).set(epsr, 11.56); // 设置物理场 physics model.physics.create(emw, Electromagnetic Waves, Frequency Domain); emw1 physics(emw); emw1.domain(D).set(efield, 0 0 0); // 划分网格 mesh1 model.mesh.create(mesh1); mesh1.elementSize.set(hmax, a/10); mesh1.build(); // 定义研究步骤 study1 model.study.create(study1); study1.feature.create(freq, Frequency Domain); freq1 study1.feature(freq); freq1.set(fstart, 0.1e15); freq1.set(fstop, 0.5e15); study1.run();在这段代码里先创建了二维几何结构定义了两种材料真空和高介电常数的介质这里假设介电常数为 11.56。然后设置电磁场物理场并对计算区域进行网格划分设置研究步骤为频域分析扫描一定频率范围。计算完成后我们就能得到光子晶体的能带结构这能让我们清楚看到光子禁带和允许的频率范围。缺陷模频率分析有了光子晶体能带作为基础接下来研究缺陷模频率。要构造点缺陷我们可以在光子晶体晶格中移除一个介质柱。// 在原几何基础上移除一个介质柱构造点缺陷 Geometry1.feature.create(Delete1, Delete Geometry); Delete1.set(input, Block1); Delete1.set(object, Cylinder1);在这之后重新计算由于点缺陷的引入在光子禁带中会出现缺陷模频率。通过分析频率响应我们能找到这些特殊的频率点。比如在结果后处理中观察电场强度分布在某些频率下会在点缺陷处形成局域增强这些频率就是缺陷模频率。缺陷 BIC 场分布利用孤立兼并点和缺陷模频率 match 构造点缺陷 BIC 时关键在于找到合适的条件让缺陷模频率与孤立兼并点频率重合。当实现这种 match 后我们再来观察缺陷 BIC 的场分布。// 后处理观察场分布 result1 model.result.create(result1, 2D Plot Group); surf1 result1.create(surf1, Surface); surf1.set(data, emw1); surf1.set(expr, emw1.Ez);通过上面代码设置后处理绘图我们能直观看到缺陷 BIC 的场分布。在 BIC 状态下场会高度局域在点缺陷周围就像是被“囚禁”在这个小区域内而在远离缺陷的地方场强迅速衰减。这种独特的场分布特性让缺陷模 BIC 在光子器件等领域有着巨大的应用潜力比如可以用于制作高 Q 值的光学谐振腔等。comsol二维光子晶体计算 缺陷模BIC利用孤立兼并点和缺陷模频率match构造点缺陷BIC。 包含光子晶体能带缺陷模频率分析缺陷BIC场分布总之通过 Comsol 对二维光子晶体的这一系列计算和分析我们能深入了解缺陷模 BIC 的各种特性为相关的光子学研究和应用开发打下坚实基础。