一种高效率二维光子晶体偏轴定向发射器的设计方法

摘要

一种高效率二维光子晶体偏轴定向发射器的设计方法，首先根据工作波长选择合适的介质柱材料和背景介质材料；接着设计一个二维光子晶体结构；然后将二维光子晶体在y方向的中间位置上及由该位置沿x方向上的所有介质柱去掉，形成二维光子晶体波导，在波导出射端后加上一排圆形介质柱构成非对称光栅出射面，设定光栅出射面需要优化的参数；最后在波导后的发射空间中设置一个的平面能量探测器，采用遗传算法搜索该能量探测器的最大平均时间能流即可得到非对称光栅出射面的最优设计参数，从而完成沿θ角发射的高效率二维光子晶体定向发射器设计。本发明的方法简单易行，设计出的发射器的传输效率高且发射角度可精控。

主权项

一种高效率二维光子晶体偏轴定向发射器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据工作波长λ选择合适的介质柱材料和背景介质材料来构建二维光子晶体；步骤2、设介质柱和背景介质材料构成的光子晶体的晶格常数为a；步骤3、取介质柱的截面尺寸为R，R的范围为0.3a到0.7a，假设垂直于纸面方向为z轴方向，介质柱的轴向为z方向；步骤4、设计一个长为J×a，宽为K×a的二维光子晶体结构，其中J、K为大于等于1的整数；假设宽边所在的方向为水平方向，取水平向右的方向为x轴正向，垂直于x方向并且向上的方向为y轴正方向；步骤5、将二维光子晶体在y方向的中间位置上及由该位置沿x方向上的所有介质柱去掉，形成二维光子晶体波导；步骤6、在波导出射端后加上一排介质柱作为单层光栅出射面，设定该排介质柱需要优化的参数，所述介质柱的截面为圆形，且关于波导轴线构成非对称光栅出射面；若将该非对称光栅出射面的沿波导轴线分为上下两个子出射面，那么需要优化的参数为8个，分别为：上子出射面上介质柱的直径r1，上子出射面上介质柱的晶格单元周期r2，上子出射面离波导轴线的距离r3，上子出射面离波导出射端的距离r4，下子出射面上介质柱的直径r5，下子出射面上介质柱的晶格单元周期r6,下子出射面离波导轴线的距离r7，下子出射面离波导出射端的距离r8；上述8个参数的变化范围分别为[0，a]、[a，2a]、[0，2a]、[0，2a]、[0，a]、[a，2a]、[0，2a]和[0，2a]；步骤7、在波导后的发射空间中设置一个宽度为l的平面能量探测器，探测器中心离波导出射端的距离为d，探测器平面的法线方向与x方向的夹角为θ；步骤8、计算上述能量探测器的平均时间能流；步骤9、采用遗传算法搜索该能量探测器的最大平均时间能流，即可得到步骤6中单层光栅出射面的最优设计参数；步骤10、结合步骤5中得到的二维光子晶体波导和步骤9中设计得到的单层光栅出射面，即构成了沿θ角发射的高效率二维光子晶体定向发射器。