Интерполяция матрицы рассеяния для моделирования резонансных фотонно-кристаллических структур фурье-модальным методом

В статье представлен эффективный алгоритм для расчета спектрально-угловых зависимостей оптических коэффициентов отражения, пропускания и поглощения фотонно-кристаллического слоя, содержащих узкие резонансы, такие как связанные состояния в континууме. Традиционный подход с использованием фурье-модального метода требует проведения прямых вычислений на очень мелкой спектральной сетке для адекватного разрешения таких резонансов, что приводит к значительным вычислительным затратам. Предлагаемый метод позволяет существенно ускорить расчет без потери точности. Его ключевая идея заключается в разделении резонансного слоя на два нерезонансных подслоя. Для каждого из этих подслоев матрицы рассеяния рассчитываются лишь на редкой спектральной сетке. Затем выполняется интерполяция элементов этих матриц на требуемую мелкую сетку, и окончательный оптический коэффициент вычисляется уже на ее основе. Показано, что разработанный алгоритм позволяет достичь ускорения вычислений не менее, чем в 4 раза по сравнению с прямым расчетом на мелкой сетке, при этом сохраняя достаточную точность описания резонансных особенностей. Данный подход открывает возможности для быстрого и точного дизайна составных фотонных структур.