基于MATLAB的三维光子晶体FDTD仿真与分析系统

资 源 简 介

本项目采用时域有限差分方法（FDTD）实现三维光子晶体的电磁特性仿真，支持周期性结构建模、电磁场分布可视化和带隙特性分析，为光子晶体设计提供完整的MATLAB解决方案。

详 情 说 明

三维光子晶体带隙特性的FDTD算法仿真与分析系统

项目介绍

本项目是一个基于时域有限差分（FDTD）方法的数值仿真系统，专门用于分析三维光子晶体的电磁特性。系统能够模拟光波在周期性介电结构中的传播行为，通过数值求解麦克斯韦方程组，计算光子晶体的能带结构和带隙特性，为光子晶体器件设计提供理论依据和分析工具。

功能特性

• 三维结构建模：支持多种晶格类型（如立方、面心立方等）的周期性结构建立，可自定义介质柱形状、尺寸和排列方式
• FDTD电磁仿真：采用三维时域有限差分算法，精确模拟电磁波在光子晶体中的传播过程
• 边界条件处理：集成完美匹配层（PML）边界条件，有效减少边界反射误差
• 能带结构计算：利用快速傅里叶变换技术从时域场数据提取频域信息，生成频率-波矢关系曲线
• 带隙分析：自动识别光子带隙位置和宽度，生成分析报告
• 数据可视化：提供三维电磁场分布、能带结构图、透射/反射光谱等多种可视化输出

使用方法

1. 参数配置：在配置文件中设置光子晶体结构参数、材料属性和仿真参数
2. 运行仿真：执行主程序开始FDTD计算过程
3. 结果分析：系统自动处理仿真数据，生成能带结构和带隙分析结果
4. 可视化查看：通过内置可视化模块查看电磁场分布和各类特性图表

系统要求

• 操作系统：Windows 10/11，Linux，macOS
• MATLAB版本：R2018a或更高版本
• 内存：至少8GB RAM（推荐16GB以上用于大型三维模型）
• 存储空间：至少2GB可用空间

文件说明

主程序文件整合了系统的核心仿真流程，实现了从结构建模到结果分析的全套功能。具体包括三维光子晶体几何模型的自动构建、基于Yee网格的麦克斯韦方程组离散求解、时域场值的迭代计算、边界条件的施加处理、通过傅里叶变换进行的频域特性提取、能带结构的自动生成以及带隙特性的定量分析。该文件作为系统的主要入口，协调各个功能模块的协同工作，完成完整的仿真分析任务。