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[转载]FOE研究论文推荐：华中科技大学陈云天教授课题组——双各向异性光学结构电磁特性的有限元仿真

已有 1506 次阅读 2021-9-17 09:59 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

第一作者：熊仲非

通信作者：陈云天

通讯单位：华中科技大学光学与电子信息学院

Finite element modeling of electromagnetic properties in photonic bianisotropic structures

Zhongfei XIONG, Weijin CHEN, Zhuoran WANG, Jing XU, Yuntian CHEN

2021, 14(2): 148-153.https://doi.org/10.1007/s12200-021-1213-5

研究背景

双各向异性超材料和双各向异性超表面的发展极大地促进了人们对复杂光学结构中光传输的理解，并推动了众多相关的应用，如谐振器、新奇的光学折反射以及光学拓扑绝缘体等。人们通常从超材料或超表面的结构单元中得到等效的本构参数，从而简化问题并易于分析电磁场性质。然而，目前计算双各向异性介质的方法仅限于解析方法，其计算过程复杂，且仅适用于简单结构。对于任意形状的双各向异性结构，缺乏一种通用的数值仿真方法。本工作填补了这一空白，提出了一个有限元数值方法来实现双各向异性结构中电磁特性的仿真。

内容简介

本文证明了含有双各向异性的矢量波动方程在标量内积下是自伴随的，并在实际应用中提出了一种平衡形式的弱形式方程，该方程在有限元模拟中优于标准的弱形式方程，能实现更准确的双各向异性情形下的仿真。在实际应用中，可在常见的商业有限元软件（如COMSOL）中将弱形式方程修改为本文提出的平衡形式的弱形式方程，即可仿真各种复杂的双各向异性光学结构的电磁性质。

总结

本工作建立的双各向异性结构的有限元仿真方法，为研究双各向异性引起的光学现象提供了有效的仿真手段，也为人们设计和研究更加复杂的双各向异性超材料和超表面提供了支持。

作者介绍

陈云天，华中科技大学光电学院副教授，博士生导师。2005年获天津大学学士学位，2007年获浙江大学硕士学位，2010年获得丹麦科技大学博士学位。2011年-2013年在丹麦科技大学从事博士后研究，2013年入职华中科技大学光学与电子信息学院。在纳米光子学及电磁学计算，量子光学等相关领域发表包括Nature Comm, PRL, Light Science & Applications, NJP，PRB, OE, 和APL等SCI期刊论文50多篇。代表性工作包括解决了非厄米波导模式耦合问题中左矢空间和右矢空间不完备问题，构建了互易波导模式耦合理论；针对复杂光学环境中的光传输及偏振演化问题，提出了“非阿贝尔规范场光学”的理论框架以及光学系统的隐藏对称性；利用对称性原理揭示了有限尺寸散射体散射不变量特性，以及散射动量球上的强度、偏振奇点关联的绕数之和与庞加莱-霍福特定律的内在联系。研究方向包括复杂介质中光传输和散射现象，非线性光学系统光输运过程，光学数值计算方法，及光电器件的理论建模、仿真与设计优化，研究人工智能在光学及光电器件设计中的应用。

熊仲非，华中科技大学光学与电子信息学院在读博士生。2016在华中科技大学取得光电信息工程学士学位，目前参与发表论文十余篇。主要研究方向为拓扑光子学，自旋光子学和非线性系统中的光热力学。

关于本文更多图文解读，见https://mp.weixin.qq.com/s/JgzYo06hSc0hBLSUZ9WDCw

期刊简介

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国施普林格（Springer）出版公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一，以网络版和印刷版两种形式出版。由北京大学龚旗煌院士、华中科技大学张新亮教授共同担任主编。

其宗旨是介绍国际光电子领域最新研究成果和前沿进展，并致力成为本领域内研究人员与国内外同行进行快速学术交流的重要信息平台。该刊的联合主办单位是高等教育出版社、华中科技大学和中国光学学会，承办单位是武汉光电国家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收录。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊项目。

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