计算光子晶体波导

资 源 简 介

计算光子晶体波导

详 情 说 明

光子晶体波导是一种通过周期性介电结构控制光传播的人工材料，其能带结构和模式分布的计算是设计中的关键环节。MATLAB凭借其强大的矩阵运算能力和丰富的可视化工具，成为实现这类数值计算的理想选择。

程序主要包含三个核心模块： 结构建模 通过定义晶格常数、介质柱排列方式（如正方形/三角形晶格）和介电常数分布，构建光子晶体的几何模型。关键点在于将连续空间离散化为网格矩阵，并使用二进制编码区分不同介质区域。

数值求解 采用时域有限差分法(FDTD)或平面波展开法(PWE)求解麦克斯韦方程。对于PWE方法，需要通过傅里叶变换将空间域方程转换为频域特征值问题，进而计算特定k点对应的本征频率。求解过程中需要注意布里渊区路径的选取和收敛性验证。

结果可视化 绘制能带图展示光子带隙位置，利用箭头图或等高线图呈现电磁场分布。对于缺陷态分析，需对比完整晶体与引入波导缺陷后的模式变化。

典型扩展方向包括： 优化算法加速大规模计算（如并行化处理） 引入非线性或各向异性材料特性 结合拓扑光子学理论分析边界态

该程序框架可进一步适配于其他周期性电磁结构（如超材料、表面等离激元器件）的仿真需求。