MATLAB实现光子晶体能带结构传输矩阵法计算与可视化系统

资 源 简 介

基于MATLAB开发，采用传输矩阵法自动计算一维光子晶体的能带结构，支持参数化调节介质层厚度与折射率，生成能带图并分析带隙特性，适用于光子晶体设计与研究。

详 情 说 明

基于传输矩阵法的光子晶体能带结构分析与可视化系统

项目介绍

本项目实现了一维光子晶体能带结构的自动化计算与可视化分析。系统基于传输矩阵法（Transfer Matrix Method）和布洛赫定理（Bloch Theorem），通过求解周期性介电结构在不同波矢下的本征频率，绘制完整的光子晶体能带图。程序支持参数化调节晶体结构，可自动识别光子带隙，为光子晶体设计和光学特性研究提供有效的仿真工具。

功能特性

• 能带结构计算：采用传输矩阵法精确求解一维光子晶体的色散关系
• 参数化建模：支持自定义晶体单元层数、层厚度、折射率等结构参数
• 带隙分析：自动识别禁带位置、宽度、中心频率等关键参数
• 多维度可视化：生成能带结构图、传输特性曲线等丰富图表
• 数据导出：输出本征频率数据矩阵和带隙分析报告

使用方法

1. 参数设置：在程序主文件中修改以下参数：

- 晶体结构参数：单元层数、各层厚度（μm）、折射率值 - 材料参数：各层介电常数或折射率 - 波矢范围：k矢量取值范围（0~π/a） - 频率扫描范围：角频率ω的取值区间（rad/s）

1. 运行计算：执行主程序开始能带结构计算

1. 结果分析：程序自动生成：

- 能带结构图（横轴：约化波矢k·a/π，纵轴：归一化频率ωa/2πc） - 带隙分析报告（禁带位置、宽度等参数） - 本征频率数据矩阵 - 传输特性曲线（透射率/反射率谱）

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐配置：4GB以上内存，支持图形显示

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括光子晶体结构参数的初始化、传输矩阵的构建与计算、基于布洛赫定理的本征频率求解算法、能带数据的生成与处理、带隙特征的自动识别与分析，以及最终能带图和各种特性曲线的可视化输出。该文件通过完整的工作流程实现了从参数输入到结果展示的全自动分析。