用FDTD计算二维光子晶体的散射和透射

资 源 简 介

用FDTD计算二维光子晶体的散射和透射

详 情 说 明

FDTD（时域有限差分）法是计算电磁波在复杂介质中传播的经典数值方法，尤其适合分析光子晶体的光学特性。在二维光子晶体的研究中，通过FDTD仿真可以直观获取散射场分布和透射率数据，具体实现通常包含以下关键步骤：

模型构建 需定义光子晶体的晶格类型（如方形/三角晶格）、介质柱形状（圆形/方形）、折射率对比度等参数。周期性边界条件用于模拟无限大结构，而PML（完美匹配层）则截断计算区域以吸收 outgoing 波。

激励源设置 常采用高斯脉冲或连续波作为入射源，其频带需覆盖光子晶体的禁带范围。TE/TM偏振模式的分离计算有助于分析不同极化下的响应差异。

场监视器部署 在结构前后放置频率域监视器记录透射/反射场，通过傅里叶变换将时域信号转为频域数据。散射场可通过总场减去入射场获得，特别关注缺陷模或局域态的特征。

后处理与可视化 透射谱可通过能流比值计算，禁带位置对应透射率骤降区域。场分布图能直观展示光子晶体对电磁波的调控作用，如负折射或超透镜效应。

扩展方向可包括：引入非线性介质、拓扑边界态分析，或结合机器学习优化结构参数。开源工具如Meep或商用软件Lumerical FDTD均可高效实现此类仿真。