Оптимизиране на резонансните свойства на фотонните кристали

УДК 535.63, 537.874

Отпечатък:
Ветлужски А.Ю. Оптимизиране на резонансните свойства на фотонните кристали // ITportal, 2016. №4 (12). URL: http://itportal.ru/science/tech/optimizatsiya-rezonansnykh-svoystv-/

Автори:
Ветлужски А. Ю., кандидат на физико-математическите науки, старши изследовател Институт по физика на материалознанието СО РАН, Удан-Уде, Руска федерация (670047, Русия, Улан-Уде, ул. Сахяновой, 6), e-mail: [email protected]

Автори:
Ветлужски А. Ю., доктор, старши изследовател на Института по физика на материалознанието СО РАН, Улан-Уде, Руска федерация (670047, Русия, Улан-Уде, ул. Сахяновой, 6), e-mail: vay @ ipms.bscnet.ru

Ключови думи:
фотонен кристал, резонатор, локализация на радиацията

Ключова дума:
фотонен кристал, резонансен елемент, локализация на радиацията

Анотация:
В тази работа методите на строго цифрово моделиране се използват за изследване на електродинамичните свойства на двумерните фотонни кристали, образувани от метални цилиндри с кръгло напречно сечение. Разглеждат се резонансните свойства на такива структури, които се състоят в локализирането на излъчването в централната област на кристал с крайна дължина при определено съотношение между дължината на вълната на излъчване и периода на подреждането на елементите. Предложен е алгоритъм, който значително намалява времето за изчисляване на интензитета на полето вътре в фотонния кристал в резонансен режим. Тя се основава на връзката между нивата на локализирано излъчване в нискоелементни фотонни кристали и нивото на полето в структури с всякаква дължина по време на резонанса. Получават се прости приближителни изрази, които установяват тази връзка. Описана е техника, която дава възможност да се определят оптималните геометрични параметри на резонатора, работещ при дадена честота.

Анотация:
В тази работа чрез строгите методи на числената симулация се изследват електродинамичните свойства на двумерните фотонни кристали, образувани от метални цилиндри с кръгло напречно сечение. Разглеждат се резонансните свойства на такива структури, а именно локализацията на светлината в централна област на кристала с крайна дължина при определено съотношение между дължината на вълната и периода на подреждането на елементите. Алгоритъмът значително намалява времето за изчисляване на интензитета на полето вътре в фотонния кристал в резонансен режим. Тя се основава на връзката на нивата на локализирано излъчване в малки фотонни кристали с ниво на полето в структурите с всякаква дължина в точката на резонанса. Намерен е простият приблизителен израз, който установява тази връзка. Описана е техниката, позволяваща да се определят оптимални геометрични параметри на резонатора, работещ при дадена честота.

Една от интересните и обещаващи области на съвременната радиофизика е разработването и изучаването на свойствата на фотонните кристали (PC) и метаматериалите. Понастоящем тези термини означават различни обекти, които въпреки това имат много подобни характеристики. На първо място, това е периодичният характер на тяхната вътрешна структура, който представлява редуване на диелектрични или метални елементи с различни геометрии и различни електрофизични характеристики и причиняващи особеностите на взаимодействието на електромагнитното излъчване с тях.

Говорейки за тези характеристики, за фотонен кристал, на първо място, трябва да се отбележи, че в спектъра на електромагнитните собствени състояния на такива обекти има лентова структура, която се изразява в образуването на честотни диапазони, в които радиацията или свободно преминава кристал (разрешени зони) или е силно потиснат (забранени зони) [1, 2]. В допълнение, голям интерес представлява наличието на изразена дисперсия в компютрите, както честотни, така и пространствени, което отваря широки възможности за много разнообразните им практически приложения [3-7].

По този начин в [8-10] беше показано, че при определени съотношения между дължината на вълната на излъчване и плътността на разположението на елементите в двуизмерен метален компютър, излъчването може да бъде локализирано в централната област на конструкцията, което може да бъде интерпретиран като проява на резонансни свойства от кристала. На фиг. 1 показва типичен честотен спектър на излъчване, взаимодействащ с кристала, описан по-горе, в който елементите образуват квадратна решетка 11 на 11 елемента за случая, когато точката на наблюдение е в централната област на РС. Изчислението е извършено по метода на самосвързани уравнения [11, 12].