FDTD模拟一维光子晶体中的光波传输

资 源 简 介

FDTD模拟一维光子晶体中的光波传输

详 情 说 明

FDTD（时域有限差分）方法是模拟电磁波传播的重要数值技术，尤其适用于分析光子晶体的光学特性。在模拟一维光子晶体时，该方法通过离散化时间和空间来求解麦克斯韦方程组，能够直观展现光波与周期性介质结构的相互作用。

实现过程首先需建立一维光子晶体的介电常数周期性分布模型，通常由两种不同折射率的介质交替排列构成。FDTD的核心是将电场和磁场分量在时空网格上交错更新：电场通过周围磁场旋度计算，反之亦然。这种交错采样方式保证了数值稳定性。

在边界处理上需要引入吸收边界条件（如PML）以避免反射干扰。通过注入高斯脉冲作为激励源，可以记录不同频率分量在结构中的响应。透射谱的计算需对输出端时域信号做傅里叶变换，并与入射波频谱对比得到透射率。

该方法能清晰呈现禁带效应——当光波频率落在光子带隙范围内时，电场分布显示明显衰减。同时，通过调整晶格常数或介质折射率对比度，可观察到透射谱中禁带位置的变化规律，这为光子晶体器件设计提供了直观依据。