两个平面波展开法编写的计算光子晶体带隙程序

资 源 简 介

两个平面波展开法编写的计算光子晶体带隙程序

详 情 说 明

在光子晶体研究中，平面波展开法(PWEM)是计算光子带隙特性的经典数值方法。该方法特别适用于分析具有周期性介电常数分布的光子晶体结构。

核心原理是利用电磁波的Bloch定理，将周期性介质中的电磁场展开为平面波的线性组合。程序实现时主要处理两个关键步骤：首先构建倒格矢空间的哈密顿矩阵，这个矩阵的维度取决于所截取的平面波数量；然后通过求解本征值问题获得光子能带结构。

典型程序会包含倒空间格点采样、傅里叶级数展开介电常数、构建Maxwell方程的特征矩阵等核心模块。计算精度与平面波展开阶数直接相关，但需要权衡计算资源消耗。对于TE和TM偏振需要分别建立不同的特征方程。

这种方法的优势在于可以直观展示光子带隙随几何参数的变化规律，为设计特定频段的光子晶体提供理论依据。常见应用包括分析二维三角晶格、正方晶格等不同结构的光子带隙特性。