本系列主要講解如何利用lumerical公司的FDTD軟件仿真拓撲光子絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)。主要包括以下幾方面的內(nèi)容：

1）前言

2）光子晶體結(jié)構(gòu)分析

3）能帶結(jié)構(gòu)仿真與軟件設(shè)置

4）邊緣態(tài)仿真與軟件設(shè)置

5）抗散射仿真與軟件設(shè)置

6）單向仿真與軟件設(shè)置

7）其它仿真

1、 仿真目標

本系列的仿真工作是基于文獻[1]，采用石墨烯型光子晶體構(gòu)成拓撲界面，如下圖所示紅色和藍色界面處。當圓極化電偶激子光源位于拓撲界面附近時，不同極化方向的光將向左或者右傳播，出現(xiàn)單向傳播的現(xiàn)象，如下圖所示。本文目標是講解如何進行這種單向傳播的仿真。

2、仿真整體流程和各部分解釋

仿真采用FDTD2019版本，相應的程序已經(jīng)上傳到GitHub[2]。仿真過程中包含一個工程文件，工程界面如圖所示。工程界面中包含器件幾何結(jié)構(gòu)、光源、仿真區(qū)域，場強監(jiān)視器等幾部分。

1）器件幾何結(jié)構(gòu)部分解釋

利用手動和參數(shù)化設(shè)置幾何體和光子晶體仿真結(jié)構(gòu)。設(shè)置過程簡單，無特殊注意的地方。

2）光源部分解釋

仿真過程中需要圓極化電偶激子光源，本文利用兩個電偶激子光源來構(gòu)成，一個水平x放置（初相為0），一個豎直y放置（初相為90或者-90，決定左旋h或右旋圓極化），并將光源整體放置在拓撲界面處。下圖中①設(shè)置初相，②設(shè)置光源水平或者豎直放置。

設(shè)置仿真波長，通過本系列第五節(jié)的透射譜，可知該拓撲界面波導可以傳播1.432μm波長的光。此處也可以設(shè)置為其它可以傳播的光波長。

3）仿真區(qū)域和監(jiān)視器部分解釋

仿真區(qū)域設(shè)置簡單，合理即可。設(shè)置仿真時間（本文為150fs），設(shè)置網(wǎng)格尺寸，設(shè)置邊界條件等（微波頻段仿真時，仿真時間、網(wǎng)格尺寸都要相應增大很多）。設(shè)置監(jiān)視器在光子晶體層中間位置。

3、仿真結(jié)果

點擊run開始仿真，仿真完成后，右鍵查看監(jiān)視器monitor_mid的電場E分布。打開后會發(fā)現(xiàn)沒有傳播的電場分布，如下面上圖所示，原因是calor bar設(shè)置不合適。于是，點擊下圖中①位置，然后在②處調(diào)整數(shù)值的范圍（本文是0-10），然后可以清楚的看到單向傳播的電場分布。

文獻中的單向傳播電場分布圖如下圖

通過設(shè)置sy光源的初相為90或者-90，得到本文仿真結(jié)果如下圖，可以看到左右單向傳播的電場分布圖。

4、補充說明

本文的拓撲界面是基于能谷自由度的，本文采用了兩個電偶激子垂直放置，然后得到了單向傳播的結(jié)果。但其它很多文獻中的拓撲結(jié)構(gòu)，不是基于能谷自由度的，故該光源的設(shè)置方法可以試一試，但不一定能得到單向傳播的結(jié)果。文獻[3]中利用4個電偶激子，初始相位依次相差π/2，得到了單向傳播的結(jié)果，也可以試一試，結(jié)構(gòu)如下圖a所示。

參考文獻

[1] HE, Xin-Tao, et al. A silicon-on-insulator slab fortopological valley transport. Nature communications, 2019, 10.1: 872.

[2]https://github.com/AAAAA521/Topological-photon-simulation

[3]Yang, Yuting, et al. "Visualization of a unidirectionalelectromagnetic waveguide using topological photonic crystals made ofdielectric materials." Physical review letters 120.21 (2018): 217401.

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的fdtd中时间监视器怎么放_利用FDTD软件仿真拓扑光子（六）-单向传播仿真与软件设置...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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