For many applications in photonics, e.g., free-space telecommunication, efficient UV sources are needed. However, optical excitation of such sources requires photons of even higher energies, which are difficult to integrate into photonic circuits. Here, we present photonic crystal devices based on zinc oxide (ZnO) that allow excitation using highly abundant sources in the near-infrared (NIR). These devices offer control of generating tailored photonic modes in the UV range via higher order nonlinear processes by combining the wide electronic band gap and pronounced nonlinear effects in ZnO with the adjustable properties of photonic crystal (PhC) membranes. Two different techniques for fabricating such ZnO-based PhC membranes are discussed, including the presentation of a novel bottom-up approach. Furthermore, dispersive theoretical simulations are introduced to determine the size and position of the photonic band gap, leading to an optimized cavity with only one dominant mode. This is followed by an evaluation of dominant loss channels, comparing cavities for both fabrication techniques, where we implemented a semianalytical model to determine scattering losses at imperfections of the PhCs. Additionally, energetic fine-tuning of such a mode as well as for other photonic modes that are formed by different cavity types is demonstrated. Ultimately, we validate that both linear one-photon and nonlinear three-photon excitation is possible with the presented devices, which renders them potential candidates for efficient UV light emitters that are powered by IR or NIR light sources.
4] Kunze, M.; Brunken, M.; Graf. H.-D.; Müller. W. F. O.; Richter, A.; Weiland, T.: Electromagnetic design of new rf power couplers for the S-DALINAC.
ÜberblickDer vorliegende Beitrag behandelt die Ausnutzung geometrischer Symmetrien zur Effizienzsteigerung der numerischen Simulation elektromagnetischer Streuprobleme. Dabei ermöglicht die Darstellungstheorie finiter Gruppen eine Überführung der aus der Randelementmethode hervorgehenden dicht besetzten Systemmatrizen in Matrizen mit Block-Diagonalgestalt. Aufgrund der damit einhergehenden Reduktion des ursprünglichen Problems auf mehrere Teilprobleme niedriger Dimension, die unabhängig voneinander gelöst werden können, lässt sich der Aufwand zur numerischen Auswertung des algebraischen Gleichungssystems erheblich herabsetzen. Des weiteren wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, das vorgestellte Verfahren auch auf Aufgabenstellungen mit nahezu symmetrischen Strukturen zu erweitem. Anhand eines ausgewählten numerischen Beispiels wird die erreichbare Rechenzeit-sowie Speichererspamis aufgezeigt.
AbstractIn the present paper the exploitation of geometrical symmetries to increase the efficiency of numerical simulations of scattering problems is presented. The theory of group representation permits a transformation of the dense system matrices emanating from integral equation methods to matrices with a block diagonal structure. Due to the reduction of the original problem to several smaller ones, which can be solved independently of each other, the computational effort for the numerical treatment of the algebraic system is drastically reduced. Furthermore an extension of this approach to nearly symmetric problems is proposed. The achievable reduction of computational time and memory requirement is shown by a numerical example.
Index TermsSymmetriereduktion, Streuprobleme, Randelementmethode, Rnite Gruppen symmetry reduction, scattering problems, Boundary Element Method, finite groups 1. Einführung Für die Untersuchung und Analyse von elektromagnetischen Streuproblemen haben sich Randintegralgleichungsverfahren bewährt, da für deren Einsatz ausschließlich die Diskretisierung der Oberfläche des zu untersuchenden Streuobjektes erforderlich ist. Die numerische Behandlung der Randintegralgleichung, die üblicherweise unter Verwendung der Momentenmethode [1] erfolgt, führt jedoch im Allgemeinen auf vollbesetzte Systemmatrizen und somit zu einem weit überproportionalen Anstieg der Rechenzeit und des Speicherbedarfs. Ohne zusätzliche Maßnah-Technische Universität Darmstadt, Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder, Darmstadt 1 Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Graduiertenkolleg 749 2 Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Projekt WE 1239/22-1 men wie zum Beispiel die Einbindung der Schnellen Multipol-Methode (FMM) [2] sind derartige Verfahren nur sehr begrenzt einsetzbar und stoßen schnell an die Grenze der verfügbaren Rechenleistung und Speicherkapazität. Einige in der Praxis auftretende Problemstellungen, wie beispielsweise das ...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.