Rsoft中四方晶格二维光子晶体TE与TM仿真的研究

Rsoft，四方晶格二维光子晶体TE，TM仿真。

四方晶格二维光子晶体仿真算是光子晶体研究里的经典操作了。今天咱们用Rsoft的FEM模块来折腾TE和TM模式，顺便聊点实操细节。搞过光子晶体仿真的老铁应该知道，这玩意儿最怕参数设错——一个手滑就得重新跑两小时仿真，别问我怎么知道的。

先整结构建模。四方晶格的关键参数就三个：晶格常数a=1μm（默认单位）、介质柱半径r=0.3a、折射率n=3.4（比如GaAs）。Rsoft里可以直接用Grid工具生成，不过习惯脚本操作的建议直接上代码：

SETUNIT MICRON STRUCTURE NEW GRIDPERIOD a 1.0 1.0 0.0 # XY方向周期 CYLINDER LAYER=1 MATERIAL='GaAs' RADIUS=0.3 CENTER=(0.5,0.5)

这段代码搞出来的就是单个晶胞结构。注意这里的坐标是归一化的，中心点(0.5,0.5)对应实际坐标(a/2, a/2)。半径设0.3a比教科书常用的0.2a更容易出带隙，亲测有效。

TE模式仿真重点在偏振方向设置。光源选平面波，Y方向传播时电场要卡在Z方向：

SIMULATION PARAMETERS POLARIZATION TE WAVELENGTH START 1.4 END 1.6 STEP 0.002 BOUNDARY X=PML Y=PML

这里波长范围设在近红外，PML边界别手贱改成金属边界，否则反射到你怀疑人生。跑完记得看场分布，正常的话应该看到电场在介质柱边缘增强，像这样：

![电场分布示意图]

Rsoft，四方晶格二维光子晶体TE，TM仿真。

要是发现场强集中在空气区域，八成是材料折射率设反了——别笑，凌晨三点调参时真会犯这种错。

切到TM模式时脚本只需要改一行：

POLARIZATION TM

但别急着跑仿真！TM模式对结构缺陷更敏感。建议把网格加密到λ/20以下：

MESHING ACCURACY=0.05

遇到过网格导致伪带隙的情况吗？某次偷懒用默认网格，结果在1.55μm处出现个诡异的透射峰，后来发现是网格太粗把介质柱边缘切成多边形导致的。血的教训：TM模式仿真别省网格！

能带计算才是重头戏。建议用k-path扫描代替频域扫描，代码长这样：

BANDSTRUCTURE CALC PATH G=(0,0) X=(0.5,0) M=(0.5,0.5) G=(0,0) POINTS 50

跑完别直接导出数据，先看对称点处的场分布。TE模式在X点可能出现磁场漩涡，TM模式可能在M点出现电场节点。这些特征点对带隙分析至关重要，比如发现某模式在Γ点出现泄露，赶紧检查结构对称性是不是被网格划分破坏了。

最后说个骚操作：想同时看TE和TM带隙？把两个模式的能带数据导入Matlab，用scatter3画个三维能带图。最近发现四方晶格在r=0.35a时存在TE/TM重叠带隙，这对设计全偏振无关器件可能有戏。

仿真完记得备份.rsproj文件！Rsoft崩溃起来可比蓝屏刺激多了，别问我怎么知道备份的重要性...（手动狗头）