Computational analysis of nonlinear electromagnetics in disordered photonic systems

无序光子系统中非线性电磁学的计算分析

基本信息

  • 批准号:
    1408115
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-07-15 至 2019-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Physicists have known for centuries how to predict the behavior of light and other types of electromagnetic radiation when it moves through a vacuum, using Maxwell's Laws; however, when it propagates through disorderly media, like those we use in developing new engineering devices, people have relied on very gross approximations or back-of-the-envelope estimates to predict what will happen. These PIs will develop new computer simulation systems to predict what happens more accurately than has been possible in the past. Their new tools should be of very widespread use, in photonics and electrooptics, in developing new devices and technologies. They plan to disseminate the new software widely to enable scientists worldwide to conduct research on this topic.The project will focus on developing an integrated solver for self-consistent Maxwell-Bloch equations that is accurate and computationally efficient. This will entail the development of (1) a domain decomposition framework; (2) semi-analytical methods for transient analysis of radiation/scattering; and (3) fast potential evaluators that can be integrated with these solvers to enable large-scale analysis of disordered systems. The framework will provide a complete picture of the dynamics of light and optical excitations (excitons) in a variety of disordered systems, starting with Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) structures with disorder. Another system to be investigated as a testbed is the case of quantum dots embedded in a semiconductor with and without an external cavity.
几个世纪以来,物理学家已经知道如何利用麦克斯韦定律来预测光和其他类型的电磁辐射在真空中移动时的行为。然而,当它通过无序的介质传播时,就像我们在开发新的工程设备时使用的介质一样,人们依赖于非常粗略的近似或粗略的估计来预测将会发生的情况。这些 PI 将开发新的计算机模拟系统,以比过去更准确地预测发生的情况。他们的新工具应该在光子学和电光学领域以及开发新设备和技术方面得到广泛应用。他们计划广泛传播这款新软件,使全世界的科学家能够就这一主题进行研究。该项目将重点开发一种用于自洽麦克斯韦-布洛赫方程的集成求解器,该求解器准确且计算效率高。这将需要开发(1)域分解框架; (2) 辐射/散射瞬态分析的半解析方法; (3) 快速势评估器,可以与这些求解器集成,以实现对无序系统的大规模分析。 该框架将提供各种无序系统中光和光激发(激子)动力学的完整图像,从无序的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)结构开始。另一个作为测试平台进行研究的系统是嵌入在有或没有外腔的半导体中的量子点的情况。

项目成果

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知道了