MATLAB实现二维光子晶体电磁仿真：PWE能带分析与FDTD能量传输模拟

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，集成平面波展开法(PWE)和时域有限差分法(FDTD)，可计算二维光子晶体能带结构并模拟电磁波传播，支持禁带特性分析与能量传输可视化。

详 情 说 明

二维光子晶体能带结构及能量传输仿真系统

项目介绍

本项目是一个用于二维光子晶体电磁特性模拟与分析的综合性仿真系统。系统集成了平面波展开法（PWE）和时域有限差分法（FDTD）两种核心算法，能够全面分析光子晶体的能带结构和能量传输特性。通过PWE计算光子禁带特性，再结合FDTD模拟电磁波传播过程，为光子晶体的设计和分析提供完整的仿真解决方案。

功能特性

• 能带结构计算：采用平面波展开法精确计算光子晶体的色散关系，识别光子禁带
• 电磁波传播模拟：基于时域有限差分法模拟电磁波在光子晶体中的动态传播过程
• 禁带特性分析：自动标注禁带位置与宽度，提供关键参数统计
• 缺陷态研究：支持引入缺陷结构，分析缺陷对能量传输的影响
• 多维度可视化：提供能带图、电磁场分布动画、传输谱曲线等多种可视化结果
• 参数化设计：支持灵活的晶格结构、材料参数和模拟设置调整

使用方法

1. 参数配置：设置晶格结构参数（晶格类型、常数、介质柱半径）、材料参数（介电常数分布）和模拟参数（平面波数量、网格分辨率等）

1. 能带计算：运行PWE分析模块，指定频带分析范围，计算能带结构

1. 传输仿真：配置FDTD模拟参数（激励源类型、位置、时间步长等），进行电磁波传播模拟

1. 结果分析：查看生成的能带结构图、电磁场动态分布、传输谱曲线等结果，分析光子晶体的特性

1. 数据导出：保存能带数据文件和参数统计报告供进一步分析使用

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB及以上
• 磁盘空间：至少1GB可用空间
• 支持的操作系统：Windows 10/11，Linux，macOS

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括参数输入界面、PWE能带计算引擎、FDTD仿真处理器以及结果可视化模块。该文件实现了用户交互参数设置、两种算法的协调运行、电磁场数据的实时处理与分析，并生成完整的能带图表和能量传输动态可视化结果。同时具备数据导出功能，可将计算得到的关键参数和场分布数据保存为标准格式文件。