Simulace nanorezonátorů s vysokým činitelem kvality a proměnným jednorozměrným zakázaným pásem

Simulations of high-Q optical nanocavities with a gradual 1D bandgap

článek v časopise - ostatní, Jost

en

High-quality cavities in hybrid material systems have various interesting applications. We perform a comprehensive modeling comparison on such a design, where confinement in the III-V material is provided by gradual photonic crystal tuning, a recently proposed method offering strong resonances. The III-V cavity couples to an underlying silicon waveguide. We report on the device properties using four simulation methods: finite-difference time-domain (FDTD), finite-element method (FEM), bidirectional eigenmode propagation (BEP) and aperiodic rigorous coupled wave analysis (aRCWA). We explain the major confinement and coupling effects, consistent with the simulation results. E.g. for strong waveguide coupling, we find quantitative discrepancies between the methods, which establishes the proposed high-index-contrast, lossy, 3D structure as a challenging modeling benchmark.

Mikrorezonátory v hybridních materiálových systémech mají řadu zajímavých aplikací. Práce prezentuje numerickou srovnávací studii takového mikrorezonátoru, ve kterém je pole ohraničeno pomocí struktury s proměnným fotonickým zakázaným pásem. Vlastnosti rezonátoru jsou zkoumány pomocí čtyř rigorózních numerických metod. Jsou podrobně diskutovány fyzikální mechanizmy ovlivňující činitel kvality a rezonanční frekvenci. Výsledky také ukazují, že z hlediska simulací představuje použitá geometrie náročný numerický úkol.

High-quality cavities in hybrid material systems have various interesting applications. We perform a comprehensive modeling comparison on such a design, where confinement in the III-V material is provided by gradual photonic crystal tuning, a recently proposed method offering strong resonances. The III-V cavity couples to an underlying silicon waveguide. We report on the device properties using four simulation methods: finite-difference time-domain (FDTD), finite-element method (FEM), bidirectional eigenmode propagation (BEP) and aperiodic rigorous coupled wave analysis (aRCWA). We explain the major confinement and coupling effects, consistent with the simulation results. E.g. for strong waveguide coupling, we find quantitative discrepancies between the methods, which establishes the proposed high-index-contrast, lossy, 3D structure as a challenging modeling benchmark.

Resonators, Photonic integrated circuits, Photonic crystals, Computational electromagnetic methods

2013

11.03.2013

1094-4087

21

6

6794–6806

13