对层析重建的真实光子纳米结构计算的非乌托邦光学性质

最先进的计算方法与常见的理想化结构模型相结合，无法完全理解真实纳米结构上的实验，因为制造过程会引入与设计不可避免的偏差。我们提出通过将制造晶体的真实结构作为计算输入，以获得与同一纳米结构观测结果的现实比较，从而弥补这一知识差距。我们在一个真实的硅反木堆光子带隙晶体结构上演示了这种方法，该结构通过先前的同步辐射X射线成像获得。选择数据集的二维部分，并处理成适用于间断伽辽金有限元法（DGFEM）的计算网格，以计算光学透射谱，并将其与乌托邦晶体（即具有相同填充率、所有孔隙相同且呈圆形的假设模型晶体）的透射谱进行比较。真实晶体中的纳米孔形状与乌托邦孔隙存在复杂差异，导致透射谱复杂，在带隙内及带隙外出现显著的频率散斑。乌托邦模型仅能提供对光谱的有限理解：虽然它准确预测了低频有限尺寸条纹和下带边，但上带边偏离，完全忽略了散斑的存在、散斑在带隙上方的支配地位以及带隙中可能的安德森局域态。此外，与仅能使用外部探针的实验不同，数值方法允许研究所有场。虽然孔隙形状在低频时几乎不影响场，但在高频时出现重大差异，例如真实晶体内部深处的局域场。总之，仅使用外部测量和乌托邦模型可能会给出真实晶体内部场和局域态密度的错误图像，而我们的新方法可以纠正这一点。