Моделирование фотонных кристаллов в программной среде MEEP. Знакомство со средой программирования
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
?ловия при которых волна попадает в запрещенную зону кристалла.
Рис 4.5.2 Структура таже, но размер центрального Dцентр=1.5;
При внесении дефекта в описанную выше структуру, свойства кристаллической резко изменились. Теперь волна свободно проникает внутрь кристалла и выходит из него с противоположной стороны. Потери энергии при этом очень высоки. Основная часть волны прошла через дефект насквозь через решетку. Заметно, что на ячейки без дефектов, практически не приходится интенсивностей. Луч с большей охотой проходит через дефект или обегает кристаллическую структуры стороной(дифракция). Внесенный мной дефект называется точечным дефектом.
Рассмотрим теперь структуры более большие по размеру структуры. С числом ячеек в решетке порядка 11х11.
Рассмотрим структуру, которая является расширенной версией первой программы и посмотрим как поток лучей проходит через эту структуру.
Рис 4.5.3 Структура 11х11 с показателями: f=0.5; ?1=1; ?2=12; D=1; a=1.5;
Как видно из рисунков, волна попадает в структуру кристалла с большим трудом. Большая часть лучей пытается обогнуть созданную решетку. Те же лучи, которые попали в кристаллическую сетку лучше распространяются в диагональном направлении. Попадая в соседнюю по диагонали клетку, лучи также начинают расходится по диагонали. Только такое распространение лучей позволяет волне проникать внутрь кристалла. Это подтверждает предположение о том, что нам удалось описать структуру с запрещенной зоной при f=0.5.
Рис. 4.5.4 Структура таже что и на рис 3.2.3, но источник расположен внутри кристалла
В следующей программе я построил такую же структуру, но разметил источник волн прямо по центру кристалла и задал размер 0.5х0.5. Этот размер меньше, чем размер стержня в 2 раза. На представленных картинках видно, что свет не может выйти из кристалла вдоль направлений X и Y. В диагональном направление часть энергии все-таки уходит и возбуждает соседние с ними ячейки. На рисунках четко видно, как свет выходит через углы структуры, но принимается сильно интерферировать внутри решетки. Что приводит к резким скачкам максимумов и минимумов интенсивности, которые в итоге суммируются и глушат друг друга.
5. Перспективы и применение фотонных кристаллов
Технология фотонных кристаллов еще нова и несовершенна, но несет большую практическую ценность в не столь далеком будущем. Благодаря внедрению в структуру фотонных кристаллов пространственных и линейных дефектов(отсутствие одного или нескольких элементов структуры или резкое изменение коэффициента преломления по сравнению с другими
рис 4.1 Футуристический компьютер частями кристалла), можно формировать
на фотонных кристаллах волноводы любой пространственной ориентации. Это важное свойство, в перспективе, позволит создавать фотонные интегральные микросхемы(рис 4.1), которые будут обладать меньшим энергопотреблением и работать быстрее современных интегральных микросхем за счет большей скорости распространения световой волны в среде.
Также возможно применение фотонных кристаллов в качестве оптических фильтров для выделения сигнала несущей из некоторого спектра(определенные длины частот будут изменять направление движения при попадании в заращенную зону кристалла). Возможное применение - вывод несущей в системе ввода/вывода в WDM, оптических мультиплексорах и оптических волноводах. Это свойство используется сейчас в распределённых брэгговских отражателях
Возможность изменения ширины запрещенной зоны с помощью электрического кристаллов позволит более точно направлять лучи света, проходящие через кристалл. Это свойство может найти применение в коммутаторах.
Возможной областью применения, является также создание сверхмалых оптических лазеров, линз с отрицательным коэффициентом преломления, суперпризм, волоконных проводников на основе фотонных кристаллов, бижутерия из кристаллов.
Выводы
В ходе курсового проекта удалось научиться пользоваться программным продуктом MEEP и изучить язык программирования Scheme; писать программы для Meep.
Удалось провести моделирование двухмерных структур с разными характеристиками решетки, видами дефектов и длинами волн излучения, проходящего через решетку
Провести анализ, полученных результатов работы программ.
Удалось изучить основные структуры языков программирования
Удалось провести теоретический обзор, изученной литературы
Список литературы
">1.www.ab-initio.mit.edu
2. Photonic Crystals. Molding The Flow of Light Second Edition. Автор: John J. Joannopulus
. А.В Закиров, В.Д. Левченко, Эффективный алгоритм для трехмерного моделирования распространения электро магнитных волн в фотонных кристаллах Москва 2008г.
. Н. Слепов Фотонные кристаллы // жур. Электроника: наука, технология, бизнес 2\2000
. В.А. Кособукин ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ Жур. Окно в микромир №4 2000г