光子晶體與納米光子學
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
光子晶體與納米光子學的視頻教程
019 - FDTD光子晶體微腔（含演示，66元）
包含的文件截圖（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 詳細描述（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 如上圖所示，研究平板空氣孔二維光子晶體的L3微腔。 眾所周知，光子晶體微腔具有很高的Q值，本文通過優(yōu)化微腔周圍三個空氣孔的位置，能進一步將Q值提高了20倍，實現(xiàn)了高達1000000的Q值。
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001 - COMSOL光子晶體波導分束器（含講解）
001 - COMSOL光子晶體波導分束器（含講解，66元） 基本介紹： ·? 主要內容：對一個典型的T型光子晶體分束器做了模擬； ·??基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)； ·??計算所需的內存：8 GB； ·??涉及的內容：自定義變量、組件耦合、完美匹配層、散射邊界條件、自定義網格 等； ·??繪制了：場分布和透反射率；
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004 - COMSOL一維光子晶體微腔（含講解視頻）
004 - COMSOL一維光子晶體微腔（含講解，66元） ? 基本介紹： ·? 主要內容：重復碩士論文《一維光子晶體波導與微腔的控光特性及傳感應用研究（作者：楊玉潔）》中的圖3-2b、圖3-4a； ·??基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)； ·??計算所需的內存：8 GB；高精度需要128 GB； ·??涉及的內容：在App開發(fā)器中錄制和編寫模型方法
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光子晶體與納米光子學的實例教程
光子晶體(PhC)膜腔是集成光子學中實現(xiàn)緊湊光學元件的理想材料。功能可能包括激光器、開關或放大器。在案例中，計算了L5 PhC薄膜腔的基模。PhC板由一個被空氣包圍的薄介質膜和在一個規(guī)則的、有限的、六邊形網格上穿孔的圓孔組成。對于L5腔，省略了沿裝置中心線的5個孔。共振模式被定位在缺失的孔隙處。因為該結構有三個對稱平面(x=0, y=0, z=0)，計算區(qū)域選擇為全結構的1/8，在對稱平面上采用鏡像邊界條件。
部分網格離散L5空腔幾何形狀(藍色:介質材料，灰色&省略區(qū)域:空氣)。空洞是由圖像左上方缺失的氣孔形成的。在有限光子晶體帶隙內波長的光場被定位在腔內。
Project {
Electromagnetics {
TimeHarmonic {
ResonanceMode {
FieldComponents = Electric
MirrorSymmetry=[ElectricSymmetric,MagneticSymmetric,ElectricSymmetric]
...
}
}
}
}
在運行腳本run_project.m中，從計算出的特征值出發(fā)，推導出計算模式的共振波長以及模式的質量因子(Q因子)。
計算的特征模態(tài)可以被可視化和后處理。
x-y截面上基模的近場強度
x-z截面基模的近場強度
展開 光子晶體(PhC)膜腔是集成光子學中實現(xiàn)緊湊光學元件的理想材料。功能可能包括激光器、開關或放大器。在案例中，計算了L5 PhC薄膜腔的基模。PhC板由一個被空氣包圍的薄介質膜和在一個規(guī)則的、有限的、六邊形網格上穿孔的圓孔組成。對于L5腔，省略了沿裝置中心線的5個孔。共振模式被定位在缺失的孔隙處。因為該結構有三個對稱平面(x=0, y=0, z=0)，計算區(qū)域選擇為全結構的1/8，在對稱平面上采用鏡像邊界條件。
部分網格離散L5空腔幾何形狀(藍色:介質材料，灰色&省略區(qū)域:空氣)。空洞是由圖像左上方缺失的氣孔形成的。在有限光子晶體帶隙內波長的光場被定位在腔內。
Project {
Electromagnetics {
TimeHarmonic {
ResonanceMode {
FieldComponents = Electric
MirrorSymmetry=[ElectricSymmetric,MagneticSymmetric,ElectricSymmetric]
...
}
}
}
}
在運行腳本run_project.m中，從計算出的特征值出發(fā)，推導出計算模式的共振波長以及模式的質量因子(Q因子)。
計算的特征模態(tài)可以被可視化和后處理。
x-y截面上基模的近場強度
x-z截面基模的近場強度
展開 【摘要】
使用形狀記憶光子晶體制備的響應材料在可重寫光子器件、安全特征和光學涂層中具有潛在的應用。最近，
英屬哥倫比亞大學
Mark J. MacLachlan
教授
團隊
通過將
手性向列纖維素納米晶體
(CNC) 嵌入聚丙烯酸酯基質中，形狀記憶光子晶體熱塑性塑料 (CNC-SMP) 可以可逆地捕獲不同的顏色狀態(tài)。
在該系統(tǒng)中，溫度用于對形狀記憶響應進行編程，而壓力用于壓縮 CNC 手性向列組織的螺距。通過增加施加的力（≈140-230 N），結構顏色可以從紅色調整為藍色。然后，根據(jù)需要，CNC-SMP 可以通過將其加熱到玻璃化轉變溫度以上來恢復到其原始狀態(tài)。該循環(huán)可以執(zhí)行 15 次以
上，而不會損失任何形狀記憶行為或樣品的機械退化。此外，通過使用帶圖案的基板按壓樣品，可以將多色讀數(shù)編程到手性向列型
CNC-SMP 中，而 CNC-SMP 的玻璃化轉變溫度可以通過改變使用的單體組成在 90 °C 范圍內進行調整制備聚丙烯酸酯基質。
相關論文以題
為
Shape-Memory Photonic Thermoplastics from Cellulose Nanocrystals
發(fā)表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
【主圖導讀】
圖1
手性向列
CNC-SMP 的順序編程和恢復的示意圖。
展開 Ansys Lumerical是業(yè)界領先的光子學仿真工具，其擁有完整的光子學仿真解決方案，支持全套光子學器件級和系統(tǒng)級仿真。器件和系統(tǒng)級工具無縫協(xié)作，讓設計人員能夠對相互作用的光學、電氣和熱效應進行建模仿真。
產品之間靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結合的各種工作流程，以幫助優(yōu)化產品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
Ansys Lumerical FDTD是業(yè)界公認的微納光子器件仿真的標準工具。
這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長結構與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應用千微納光電子器件、工藝以及材料的設計、分析和優(yōu)化。
FDTD的集成設計環(huán)境支持腳本語言操作、高級后處理和結構優(yōu)化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設計要求。
規(guī)格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級共形網格技術
靈活的材料插件
支持隨空間變化的各向異性材料
全矢量自定義和高數(shù)值孔徑的寬譜高斯光源
遠場分析
Q因子分析
自動提取S參數(shù)
能帶結構分析
腳本和優(yōu)化程序
支持云計算和HPC高性能并行計算
主要特點
光子器件逆向設計優(yōu)化
針對目標自動化探索最佳設計與結構；找出性能優(yōu)化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強大的后處理
強大的后處理功能，包括遠場分析，能帶結構分析，雙向散射分布函數(shù)(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產生率。
非線性與各向異性材料
對含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進行彷真。可以選擇各種非線性、負折射率和增益的材料模型，或者使用靈活的材料插件自行定義新材料模型。
展開 例如，在多核光子晶體光纖示例中，我們使用晶格副本來創(chuàng)建固體核光子晶體光纖的空氣孔的排列。然而，在某些應用中，可能需要描述幾何圖形，這些圖形不能用簡單的圓、平行四邊形等表示，或者類似物體的復雜陣列非周期排列在規(guī)則網格中，需要晶格復制來實現(xiàn)。在這種情況下，通常需要用任意邊界曲線來描述幾何對象，即一般多邊形。這就是本例的情況，其中光子晶體包層的內部孔和中心孔形成復雜的形狀。其幾何結構為中空光子晶體光纖，如下圖所示：
計算得到的空心模式是雙重簡并的。下圖顯示了計算得出的模態(tài)強度(第一行)和相應的向量場分布(第二行)。
在run_project.m腳本內將模板轉換為常規(guī)的JCMsuite輸入文件，網格劃分并布局，并運行模擬。此外，腳本將結果結構中存儲的特征值寫入控制臺。
results = jcmwave_solve('project.jcmp', keys);
這個例子的project.jcmp、 layout.jcm 和 materials.jcm文件包含了模板文件 ，就要添加一個“t”作為對應模板的后綴。模板被設計成這樣一種方式，只需要定義幾個用戶定義的參數(shù)，如圓角、周期、包層環(huán)的數(shù)量等，就可以生成復雜的布局描述。這些主要的輸入參數(shù)是在run_project中設置的。m腳本。當它在Matlab中執(zhí)行時，命令:
JCMsuite的Matlab?接口允許使用所謂的模板文件生成這樣復雜的文件。因此，可以將JCMsuite語句和Matlab語句進行混合，例如，計算孔隙的點位置。Matlab循環(huán)允許在位移位置或修改形狀生成多個對象。
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光子晶體與納米光子學的最新內容
在過去的幾十年中，電子和光子學取得了長足的進步，顯著改進了數(shù)據(jù)處理技術，使我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。
表面等離子體光子學描述了在金屬-電介質界面上對光信號進行納米級（十億分之一米）操作。受光子學的啟發(fā)，表面等離子體光子學利用了金屬納米結構的獨特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號成為可能。
在同一半導體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學和電子學與表面等離子體光子學具有顯著的優(yōu)勢，可創(chuàng)造出超高速的計算機芯片和光通信器件
<p>Ansys光學與光子學解決方案提供功能強大的設計、優(yōu)化和驗證仿真軟件，可幫助設計師更快地開發(fā)出卓越的光學產品，同時提升產品的性能、可靠性和良率。在最新發(fā)布的2026 R1 新版本中，通過簡化的雜散光分析工作流程，Ansys Zemax OpticStudio 與 Ansys Speos for NX 之間強大的光學設計交換 (ODX) 以及實用的 NEST 容差，推動了光學和光子工程的發(fā)展；Synopsys
JCMsuite布局描述提供了許多設置復雜幾何圖形的方法。例如，在多核光子晶體光纖示例中，我們使用晶格副本來創(chuàng)建固體核光子晶體光纖的空氣孔的排列。然而，在某些應用中，可能需要描述幾何圖形，這些圖形不能用簡單的圓、平行四邊形等表示，或者類似物體的復雜陣列非周期排列在規(guī)則網格中，需要晶格復制來實現(xiàn)。在這種情況下，通常需要用任意邊界曲線來描述幾何對象，即一般多邊形。這就是本例的情況，其中光子晶體包層的內部孔和中心孔形成復雜的形狀
JCMsuite布局描述提供了許多設置復雜幾何圖形的方法。例如，在多核光子晶體光纖示例中，我們使用晶格副本來創(chuàng)建固體核光子晶體光纖的空氣孔的排列。然而，在某些應用中，可能需要描述幾何圖形，這些圖形不能用簡單的圓、平行四邊形等表示，或者類似物體的復雜陣列非周期排列在規(guī)則網格中，需要晶格復制來實現(xiàn)。在這種情況下，通常需要用任意邊界曲線來描述幾何對象，即一般多邊形。這就是本例的情況，其中光子晶體包層的內部孔和中心孔形成復雜的形狀
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車
在激光技術的發(fā)展歷程中，如何實現(xiàn)高亮度、高穩(wěn)定性的光束輸出一直是科研人員不懈探索的目標。近日，美國伊利諾伊大學香檳分校的研究團隊在《IEEE PHOTONICS JOURNAL》上發(fā)表的一項研究，為這一領域帶來了突破性進展。他們開發(fā)的弱反導雙腔光子晶體垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列，通過創(chuàng)新性的結構設計和電流耦合機制，實現(xiàn)了超模式激光發(fā)射的大幅穩(wěn)定性提升，為高亮度光應用開辟了新路徑。
激光亮度的挑戰(zhàn)與突破
連續(xù)體中的束縛態(tài)(BIC)由于其非輻射的特點已被證明是相關的在動量空間中具有拓撲電荷和渦旋極化奇點。對于常規(guī)對稱的光子晶體板中，BIC被線極化遠場所包圍，不利于高容量和多功能集成光學應用。動量空間中如何調控其周圍極化偏振是一個有趣的問題。
利用COMSOL來復現(xiàn)一篇國產小子刊，題為“Arbitrarily polarized bound states in the continuum with
光子晶體(PhC)膜腔是集成光子學中實現(xiàn)緊湊光學元件的理想材料。功能可能包括激光器、開關或放大器。在案例中，計算了L5 PhC薄膜腔的基模。PhC板由一個被空氣包圍的薄介質膜和在一個規(guī)則的、有限的、六邊形網格上穿孔的圓孔組成。對于L5腔，省略了沿裝置中心線的5個孔。共振模式被定位在缺失的孔隙處。因為該結構有三個對稱平面(x=0, y=0, z=0)，計算區(qū)域選擇為全結構的1/8，在對稱平面上采用鏡像邊界條件
光子晶體(PhC)膜腔是集成光子學中實現(xiàn)緊湊光學元件的理想材料。功能可能包括激光器、開關或放大器。在案例中，計算了L5 PhC薄膜腔的基模。PhC板由一個被空氣包圍的薄介質膜和在一個規(guī)則的、有限的、六邊形網格上穿孔的圓孔組成。對于L5腔，省略了沿裝置中心線的5個孔。共振模式被定位在缺失的孔隙處。因為該結構有三個對稱平面(x=0, y=0, z=0)，計算區(qū)域選擇為全結構的1/8，在對稱平面上采用鏡像邊界條件
在這個例子中，我們計算光子晶體光纖(PCF)的本征模如下圖所示。橫截面上的大量空氣孔是使用Lattice Copies生成的，因此一個基本的幾何圖案可以在布局中放置幾次。
這個例子的計算模式很好地限制在被光子晶體圖案包圍的光纖的7芯內。然而，我們要考慮到，由于主導波區(qū)域的折射率并不比外部大，輻射會泄漏到計算域的外部。因此，我們將透明邊界條件應用到布局的外部邊界
