基于MATLAB的传输矩阵法光子晶体能带分析工具

资 源 简 介

该MATLAB程序采用传输矩阵法分析一维光子晶体能带结构，自动计算周期性介电结构中电磁波的透射特性，通过特征值分析精准定位光子禁带，为光子晶体设计提供可靠计算支持。

详 情 说 明

基于传输矩阵法的一维光子晶体能带结构计算程序

项目介绍

本项目利用传输矩阵法计算一维光子晶体的能带结构。通过MATLAB实现，程序可分析周期性介电结构中电磁波的传输特性。核心功能包括自动构建光子晶体的传输矩阵、计算不同频率下的透射系数，以及通过特征值分析确定光子禁带位置。最终生成能带结构图和透射谱图，直观展示光子晶体的频率禁带特性，为光子晶体设计和分析提供有效工具。

功能特性

• 传输矩阵计算：基于每层介质的特征矩阵，自动构建完整周期单元及整个结构的传输矩阵。
• 能带结构分析：应用布洛赫定理，通过求解传输矩阵的特征值，获得频率与波矢的色散关系，识别光子禁带。
• 透射谱计算：计算给定频率范围内光子晶体的透射率，生成透射谱图。
• 参数化输入：支持自定义结构参数（层厚、折射率、晶格常数）、频率范围及入射角度。
• 结果可视化：自动绘制并保存能带结构图和透射谱图，清晰标注禁带区域。
• 数据导出：输出关键参数（如特征频率、禁带边界）至数据文件，并生成定量分析报告。

使用方法

1. 设置参数：在程序主入口脚本中，根据需要修改输入参数，包括介质层厚度序列（μm）、折射率序列、光波频率范围（THz）、晶格常数（μm）和入射角度（度）。
2. 运行程序：执行主程序脚本，程序将自动完成计算过程。
3. 查看结果：程序运行后，将显示生成的能带结构图和透射谱图。同时，在指定目录下保存图像文件、数据文件及分析报告。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本

文件说明

主程序文件整合了项目的所有核心功能。它首先读取用户定义的光子晶体结构参数和计算条件，然后根据传输矩阵理论构建每个介质层的特征矩阵并组合成周期单元的总矩阵。接着，程序在指定的频率范围内进行扫描，对于每个频率点，通过求解传输矩阵的特征值问题来确定允许传播的布洛赫波矢，从而构建完整的能带结构。同时，程序计算结构的透射率以生成透射谱。最终，主程序负责将计算出的能带和透射数据可视化，生成图表，并输出包含禁带边界、宽度等关键参数的数据文件和分析报告。