И.В. Донец 1, А.М. Лерер 2, С.М. Цветковская 3

1,2 АО «ВНИИ «Градиент» (г. Ростов-на-Дону, Россия)

1,2 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

3 Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

1 igor_don2002@mail.ru, 2 amlerer@sfedu.ru, 3 tsvetkovskayas@mail.ru

Постановка проблемы. Фотонные кристаллы (ФК), состоящие из диэлектрических одинаково ориентированных цилиндров находят применение в обширном ряду устройств оптического и радиодиапазонов. Работа этих устройств основана на эффекте полосы непрозрачности (ПН) в ФК. Как правило, ФК рассчитываются в двумерном приближении.

Цель. Разработать метод расчета собственных волн в ФК, составленном из диэлектрических цилиндров конечной длины как кругового, так и эллиптического поперечного сечения и определить полосы непрозрачности этих трехмерных ФК.

Результаты. На основе развитого строгого высокоэффективного электродинамического метода проанализированы ПН в ФК. Исследовано влияние на ПН типа распространяющейся моды, размеров цилиндров, формы их поперечного сечения. Показано, что в зависимости от параметров структуры возможно осуществление режимов многомодового, двухмодового, одномодового, а также полного отсутствия распространяющихся мод (полоса непрозрачности для всех мод). Сделан вывод о возможности осуществления одномодового режима и создания поляризационно-зависимых устройств. Это возможно, если цилиндры ФК либо сильно вытянуты (диаметр значительно меньше высоты), либо сплющены (диаметр значительно больше высоты), либо имеют эллиптическое поперечное сечение с большой разницей в размерах осей эллипса.

Практическая значимость. Разработанное программное обеспечение обладает высокой точностью и малым временем счета по сравнению с известными пакетами электродинамического моделирования. Полученные условия одномодового режима в ФК позволят проектировать поляризационно-зависимые устройства оптического и радиодиапазонов. Развитый метод анализа позволит анализировать и оптимизировать ФК.

Донец И.В., Лерер А.М., Цветковская С.М. Исследование собственных волн в фотонном кристалле, составленном из диэлектрических цилиндров конечной длины // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 11(22). С. 64−69. DOI: 10.18127/j00338486-202011(22)-12.

1. Банков С.Е. Электромагнитные кристаллы. Физматлит. 2013. 349 с.
2. Mondal S.K., Stadler B.J.H. Novel Designs for Integrating YIG/Air Photonic Crystal Slab Polarizers with Waveguide Faraday Rotators // IEEE Photonics Technology Letters. January 2005. V. 17. № 1. P. 127−129.
3. Niemi T., Frandsen L.H., Hede K.K., Harpoth A., Borel P.I., Kristensen M. Wavelength-Division Demultiplexing Using Photonic Crystal Waveguides // IEEE Photonics Technology Letters. January 2006. V. 18. № 1. P. 226−228.
4. Lai C.F., Chao C.H., Kuo H.C., Yu P., Yeh W.Y. Hole shape effect of photonic crystals on the guided resonance modes in GaNbased ultra-thin film-transferred light-emitting diodes // OSA / CLEO/QELS 2010. P. 1−2.
5. https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss.