研究目的
通过扩展双向进化结构优化(BESO)方法,实现横磁(TM)和横电(TE)模式的完整光子带隙(CPBG)。
研究成果
所提出的拓扑优化方法能有效在目标频率下为TM和TE模式下的二维光子材料打开完全带隙(CPBGs)。获得了具有清晰0/1图案的新型拓扑设计。优化后的解可进一步作为传统带隙优化的初始设计,以扩大已识别CPBGs的宽度。
研究不足
由于TM和TE带隙的相互矛盾要求,用于完全光子带隙的光子晶体结构几何变得复杂。优化过程从没有完全光子带隙的随机拓扑结构开始,而非具有初始完全光子带隙的精心构建拓扑结构。
1:实验设计与方法选择:
将双向进化结构优化(BESO)方法扩展用于设计具有完全光子带隙(CPBGs)的光子材料。通过构建优化问题来最大化TM和TE模式复波矢量的最小虚部。
2:样本选择与数据来源:
假设光子材料由两种材料组成:空气(介电常数ε=1)和硅(ε=12.25)。以单位晶格尺寸a=1的初基原胞通过64×64线性四节点单元进行离散化处理。
3:25)。以单位晶格尺寸a=1的初基原胞通过64×64线性四节点单元进行离散化处理。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:所用材料为空气和硅。对原胞进行离散化以开展有限元分析。
4:实验流程与操作步骤:
基于灵敏度分析逐步调整初基原胞内的材料分布,以增大波矢量的最小虚部。
5:数据分析方法:
在周期性边界条件下求解初基原胞内的特征值问题,通过计算复波矢量来识别消逝波特性。
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