基于MATLAB的光子晶体能带结构计算系统

资 源 简 介

该项目利用MATLAB实现平面波展开法，用于快速计算二维光子晶体的能带结构。通过求解周期性介电结构中的电磁波本征值问题，支持光子带隙分析与可视化，适用于光学器件设计与教学研究。

详 情 说 明

基于平面波展开法的二维光子晶体能带结构仿真系统

项目介绍

本项目采用平面波展开法（Plane Wave Expansion Method, PWE）对二维光子晶体的能带结构进行数值仿真。通过求解周期性介电结构中麦克斯韦方程组的本征值问题，系统能够准确计算出光子晶体的色散关系和能带特性。本项目支持多种晶格类型（如正方形、三角形晶格）和不同形状介质柱的光子晶体结构分析，为光子晶体设计和应用提供重要的理论计算工具。

功能特性

• 多晶格支持：支持正方形、三角形等多种周期性晶格结构
• 灵活介质柱配置：可定义圆形、方形等不同形状的介质柱参数
• 精确能带计算：基于布洛赫定理和平面波展开法求解本征值问题
• 全面结果输出：提供能带结构图、带隙数据、本征频率等多项结果
• 收敛性分析：自动分析平面波数量对计算精度的影响
• 参数化设计：用户可通过配置文件灵活设置所有计算参数

使用方法

1. 参数配置：在配置文件中设置晶格参数、介质柱属性、材料介电常数和计算参数
2. 运行计算：执行主程序开始能带结构计算
3. 结果查看：系统自动生成能带结构图和数值结果文件
4. 数据分析：查看带隙位置、宽度等关键物理参数

系统要求

– MATLAB R2018a 或更高版本

• 推荐内存：8GB 或以上
• 磁盘空间：至少1GB可用空间

文件说明

主程序文件包含了系统的核心功能实现，具体包括：读取用户输入的晶格参数和介质属性配置；根据平面波展开法的数学原理构建光子晶体的本征方程；对布里渊区进行路径采样并计算各波矢点对应的本征频率；执行能带结构计算并生成可视化图表；自动识别光子带隙的位置和宽度信息；进行计算收敛性分析并输出相应报告。