FDTD simulace funčkních fotonických struktur

Abstract

This thesis aims to (i) design and optimize the geometry of magneto-photonic crystal based on ferromagnetic garnet in order to resonantly enhance the magneto-optical re- sponse, (ii) to explore the possibility of using magnetic shape memory alloy to build an optically active photonic element, using advanced FDTD modeling. A Faraday rotation of 180◦ was reached but with low values of transmissivity. An investigation of the origin of such high values of Faraday rotation led to a conclusion that such structure has to be highly sensitive towards a change of a refractive index of its surroundings. This was confirmed, and so further development of this structure can lead to an efficient concentra- tion detector. Three designs of optically active element utilizing deformation of magnetic shape memory material in the external magnetic field were numerically simulated. Two designs (photonic crystal with cylindric holes in a hexagonal lattice and self-standing foil with cylindric holes in a square lattice) proved to be efficient and worth of further development. 1

Cílem této práce je (i) navrhnout a optimalizovat geometrii magneto-fotonického krys- talu na bázi feromagnetických granátů za účelem zesílení její magnetooptické odezvy, (ii) zjistit, zda je vhodné využít slitinu s magneticky tvarovou pamětí pro konstrukci opticky aktivního fotonického elementu pomocí pokročilého FDTD modelování. Bylo dosaženo hodnot Faradayovy rotace 180◦ , avšak odpovídající design vykazuje nízkou hodnotu trans- mise. Při zkoumání původu hodnot této rotace bylo zjištěno, že tato struktura je velice citlivá na změnu indexu lomu jejího okolí. Další vývoj této struktury může vést k efek- tivnímu koncentračnímu detektoru. Za účelem návrhu opticky aktivného elementu byly numericky spočteny tři návrhy. Dva z těchto návrhů (fotonický krystal s hexagonální mříží válcových děr a samostojná fólie s válcovými dírami ve čtvercovém uspořádání) se ukázaly být efektivní a jsou vhodné pro další výzkum. 1