一维光栅拓扑BICs与COMSOL模拟的COMSOL光子晶体超表面单向辐射

juma90022025-12-20 13:18

一维光栅拓扑BICs单向辐射 COMSOL光子晶体超表面模拟

咱们今天聊点硬核但有趣的东西------如何用COMSOL玩转一维光栅里的拓扑BICs单向辐射。先别被术语吓到，这玩意儿本质上就是让光在特定结构里产生"量子纠缠"般的奇妙行为，只不过发生在经典波动系统里。

先上段MATLAB代码热热身，这能帮咱们快速生成光栅参数：

matlab 复制代码

period = 800e-9; % 周期800nm
fill_factor = 0.4:0.05:0.6; % 占空比扫描范围
depth = linspace(100e-9, 200e-9, 5); % 刻蚀深度
material_eps = [3.5^2, 1.44^2]; % 材料介电常数

这段代码其实暗示了设计关键：占空比、深度和材料折射率差的三维参数空间。玩过扫雷吗？参数优化就像在雷区里找宝藏，得靠数值模拟开路。

在COMSOL里建模时，边界条件设置是灵魂操作。看这段设置单向辐射的要点：

python 复制代码

boundary_conditions = {
    'top': '散射边界',
    'bottom': '完美磁导体',
    'sides': '周期性条件'
}

这个配置暗藏玄机------底部完美磁导体(PEC)强行打破对称性，让原本双向辐射的BIC变成单行道。就像给光子装了个交通信号灯，只准往特定方向跑。

当看到Q值突然飙升到10^5量级时，别急着高兴，先检查是不是误触了数值发散。这时候得祭出收敛性测试三件套：网格细化、pml层数倍增、扫频步长减半。记得有次模拟时把网格从λ/10加密到λ/20，Q值反而暴跌，后来发现是网格噪声触发了伪模式------数值模拟的坑，跳进去才能学会游泳。

最后分享个实战技巧：用参数化扫描配合特征频率研究，能同时捕获BIC频率和Q值变化。COMSOL的实时后处理脚本可以这样写：

java 复制代码

// 伪代码示意参数扫描
for (double ff : fill_factor) {
    model.param.set('ff', ff);
    model.study('std1').run();
    extractQValue(model.solution('sol1'));
}

这相当于给模拟过程装上自动驾驶，坐等数据自己跑出来就行。不过要当心参数组合爆炸，曾经手滑设了20x20的扫描矩阵，结果电脑风扇响得像是要起飞...