基于平面波展开法(PWE)的二维光子晶体能带计算MATLAB项目

资 源 简 介

本项目采用MATLAB实现平面波展开法(PWE)，用于计算方形格子二维光子晶体引入线缺陷后的能带结构。系统支持光子晶体模型构建及Maxwell方程求解，适用于光子晶体波导的能带分析。

详 情 说 明

基于平面波展开法(PWE)的二维光子晶体线缺陷能带计算系统

项目介绍

本项目采用平面波展开法(Plane Wave Expansion, PWE) 实现了方形格子二维光子晶体中引入线缺陷后的能带结构计算。系统通过求解Maxwell方程的本征值问题，能够精确计算光子晶体的能带特性，特别针对线缺陷导致的局域态和导波模式进行深入分析。

该系统支持介质柱和空气孔两种典型光子晶体结构，为光子晶体器件的设计和分析提供有效的计算工具。

功能特性

• 模型构建：自动构建具有线缺陷的方形格子光子晶体模型
• 能带计算：基于PWE方法求解Maxwell方程的本征值问题
• 可视化显示：生成完整的光子能带图谱
• 缺陷分析：专门分析线缺陷导致的局域态和导波模式
• 结构支持：兼容介质柱型和空气孔型两种光子晶体结构
• 参数灵活：支持完整的晶格参数、材料参数和缺陷参数设置

使用方法

输入参数设置

1. 晶格参数：晶格常数a、介质柱/空气孔半径r
2. 材料参数：背景介质介电常数ε_b、散射体介电常数ε_a
3. 缺陷参数：线缺陷位置、宽度、介电常数变化值
4. 计算参数：平面波数量N、布里渊区路径点数量、收敛精度
5. 能带范围：指定需要计算的频率范围[k_min, k_max]

运行流程

修改参数配置文件后，直接运行主程序即可完成计算和可视化。

输出结果

• 各k点对应的归一化本征频率值(a/λ)
• Γ-X-M-Γ等高对称点路径上的完整能带图谱
• 线缺陷导致的特殊能带模式标识信息
• 选定频率点对应的电场分布图像
• 包含收敛性分析和参数摘要的计算报告

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB以上（与平面波数量N相关）
• 支持的操作系统：Windows/Linux/macOS

文件说明

主程序文件实现了系统的核心功能，包括光子晶体模型参数的定义与初始化、平面波展开法的数值计算流程、Maxwell方程本征值问题的构建与求解、布里渊区高对称路径的自动采样、能带数据的后处理与可视化生成，以及线缺陷模式的特异性分析等关键计算环节。