基于MATLAB的光子晶体光纤截面动态仿真系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现光子晶体光纤（PCF）截面的精确建模与可视化仿真。支持生成多种光纤结构（如六边形、圆形排列），并允许自定义气孔直径、晶格常数等参数，提供直观的结构动态展示与分析功能。

详 情 说 明

基于MATLAB的光子晶体光纤截面结构动态仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber, PCF）截面结构建模与仿真系统。系统通过参数化建模技术，能够快速生成多种排列方式的光子晶体光纤横截面结构，并利用有限差分频域（FDFD）数值计算方法分析其光学特性。该系统为研究光子晶体光纤的微观结构与模式特性之间的关系提供了一个直观、可交互的仿真平台。

功能特性

• 灵活的PCF结构建模：支持生成六边形排列、方形排列等多种经典PCF结构，并提供自定义排列方式选项。
• 参数化设计：用户可通过图形界面或脚本轻松自定义关键结构参数，如晶格常数、气孔直径、气孔层数等。
• 材料属性定义：可设置基底材料（如二氧化硅）和气孔内介质（通常是空气）的折射率。
• 高精度数值仿真：采用有限差分频域法进行计算，支持设置网格划分精度和计算区域尺寸，以平衡计算效率与准确性。
• 丰富的可视化输出：实时生成并显示光纤横截面的微观结构图、折射率分布图，并可扩展到显示电场/磁场的二维场分布。
• 参数扫描分析：能够对特定参数进行扫描，自动分析并报告不同结构参数对光纤模式特性的影响规律。

使用方法

1. 启动系统：在MATLAB环境中运行主程序文件，系统将启动图形用户界面（GUI）。
2. 设置参数：在GUI界面中输入或选择所需参数：

* 结构参数：晶格常数（Λ）、气孔直径（d）、气孔层数（N）。 * 材料参数：基底折射率、气孔介质折射率。 * 仿真参数：网格大小、计算区域边长。 * 排列方式：选择六边形、方形或自定义排列。

1. 运行仿真：点击“运行”或“仿真”按钮，系统将根据设定参数生成PCF结构并进行计算。
2. 查看结果：仿真完成后，主窗口将显示光纤截面结构图。用户可进一步查看生成的折射率分布数据、参数分析报告等结果。
3. 参数扫描（可选）：使用内置的参数扫描功能，指定一个参数的变化范围，系统将自动进行批量仿真并生成对比图表。

系统要求

• 操作系统：Windows 10/11, macOS, 或 Linux
• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本
• 必要工具箱：MATLAB 基础环境，建议安装 Image Processing Toolbox 以增强图形显示功能

文件说明

主程序文件整合了系统的核心逻辑，负责初始化图形用户界面、接收并验证用户的输入参数、调用结构生成模块创建光子晶体光纤的几何模型和折射率分布、执行有限差分频域算法进行光场计算，并最终驱动可视化模块将光纤结构、折射率分布以及电磁场模式等结果以图形化方式呈现给用户。此外，它还管理着参数扫描的流程，实现批量计算与结果对比分析。