開源軟件在光子晶體仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

伍振海等

摘 要： 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)在科研與教學(xué)中具有重要地位。目前的光子晶體仿真大多采用商業(yè)軟件。本文提出在科研與教學(xué)中使用開源軟件進(jìn)行光子晶體仿真。開源軟件具有開源、免費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)，使用開源軟件進(jìn)行仿真可以在節(jié)約經(jīng)費(fèi)的情況下培養(yǎng)學(xué)生的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ€可以開闊學(xué)生視野。

關(guān)鍵詞： 光子晶體 開源軟件 平面波展開法 時(shí)域有限差分法

1.引言

光子晶體是一種由不同折射率材料周期性排列而成的人工介質(zhì)結(jié)構(gòu)。自1987年Yablonovitch和John提出光子晶體結(jié)構(gòu)以來[1，2]，光子晶體現(xiàn)在已經(jīng)在全反射鏡、光波導(dǎo)、光子晶體光纖等方面得到重要應(yīng)用[3]。

由于光子晶體的重要性，目前很多高校在開設(shè)微納光學(xué)或相關(guān)課程的時(shí)候都會(huì)用一個(gè)章節(jié)介紹光子晶體。在教學(xué)中，如果適當(dāng)?shù)厥褂糜?jì)算機(jī)仿真，則可以把一些概念與理論更形象化地展現(xiàn)出來，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解[4]。對(duì)光子晶體來說，無論是教學(xué)還是科研，仿真都尤其重要。目前光子晶體的仿真軟件很多都是商業(yè)軟件，如Rsoft、Comsol等。這些軟件都具有較高價(jià)格，如果要大規(guī)模地應(yīng)用則必將產(chǎn)生較大的經(jīng)費(fèi)開銷。開源軟件具有開源、免費(fèi)的特性。使用開源軟件進(jìn)行仿真，可以極大的節(jié)約經(jīng)費(fèi)。同時(shí)，由于軟件源代碼是開放的，因此可以通過查看源代碼，加深對(duì)知識(shí)的理解，并在源代碼的基礎(chǔ)上修改，達(dá)到自己的特殊要求，具有更高的靈活性。

本文使用開源軟件MPB、MEEP對(duì)光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)及光束在光子晶體波導(dǎo)中的傳輸進(jìn)行仿真。……