微波光子晶体仿真设计
SA13006060_左元_光子晶体光纤中导模的仿真
光子晶体光纤中导模的仿真左元SA13006060June29,20141背景简介1.1光子晶体光纤光子晶体是目前一个热门的研究方向，吸引着越来越多的研究人员的关注。
光子晶体是一种周期结构，这种结构的折射率在空间分布上存在着周期性。
研究人员希望通过光子晶体这种材料控制光的光学性质，利用光子晶体，可以让特定频率的光实现完美的反射，或者让它们只在某个特定的方向传播。
光子晶体这种材料的这些性质，显示出它在激光工程、高速通信和计算等领域的潜在价值[1]。
图1显示的分别是一到三维的光子晶体示意图，从图中可以看到光子晶体材料的折射率在空间分布存在着固定的周期，这也是被称为“晶体”的一个原因。
类比于常规的晶体，晶格对波的散射性质可以知道，光子晶体对光也会有类似的性质。
类似于晶体的能量禁带概念，光子晶体也有光子带隙的概念。
光子带隙会阻止特定方向传播的特定频率的光[1]。
图1:光子晶体利用光子晶体的特性，可以制作出光子晶体光纤，也叫微结构光纤。
图2是三种不同类型的光子晶体光纤，分别是布拉格光纤（一维光子带隙光纤）、二维光子带隙光纤、Holey光纤。
应用中用得最多的是后面两种，光子带隙光纤利用光子带隙对光进行约束，让光在纤芯的低折射率的孔洞中传播。
通常孔洞中导光材料是空气，因此可以有效的减少损耗、不希望的非线性特性以及其他不希望的特性。
另一种是折射率导光光子晶体光纤(第三种)，这种结构的光纤不是利用光子带隙，而是利用这种周期结构形成低有效折射率，而纤芯是高折射率材料，从而可以利用全内反射进行导光，将光约束在纤芯中[1]。
图2:光子晶体光纤1.2时域有限差分(FDTD)方法1966年，Yee首先提出麦克斯韦方程的时域有限差分求解方法，用来处理电磁场的传播和反射问题[2]。
通过将微分方程离散化，利用数值方法求解方程的数值解。
此后该方法得到进一步发展，1981年，Mur提出了在计算区域界断边界处的一阶和二阶吸收边界条件(ABC)[3]。
光子晶体微波加速结构的计算与设计
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ψN +1,j = ψ−N,j eikx b ψi,N +1 = ψi,−N eiky b ψN +1,j = ψ−N,j eikx b 3 2.2 ψi,N +1 = ψi,−N ei(b/2)(kx +
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Abstract We have derived the global band gaps for general two-dimensional (2D) photonic crystal microwave accelerating structures formed by square or triangular arrays of metal posts. A coordinate-space, finite-difference code was used to calculate the complete dispersion curves for the lattices. The fundamental and higher frequency global photonic band gaps were determined numerically. The structure formed by triangular arrays of metal posts with a missing rod at the center has advantages of higher-order-modes (HOM) suppression and main mode restriction under the condition of a/b < 0.2. The relationship between the RF properties and the geometrical parameters have been studied for the 9.37GHz photonic crystal accelerating structure. The RS , Q, RS /Q of the new structure may be comparable to the disk-loaded accelerating structure. Key words photonic crystals, microwave accelerating structure, finite-difference code, band gap, higher-order-modes (HOM) suppression
基于光子晶体的新型微波器件研究
基于光子晶体的新型微波器件研究随着科技的进步和人们对于无线电波的应用需求不断增加，微波器件已经成为一个不可或缺的领域。
光子晶体作为一种新型的微波器件材料，由于其结构的优异性能和优异的电磁学性质而受到广泛关注。
光子晶体是一种由周期性的折射率变化构成的结构，具有甚至可以和半导体比拟的电子学、光学和声学性能。
光子晶体在微波领域的应用体现在其非常优秀的微波控制特性上，例如，可调谐性、带隙性、波长选择性、低损耗、小体积和高集成度等。
基于光子晶体的微波器件，需要光子晶体材料制备技术、光子晶体微波器件设计、光子晶体器件加工和光子晶体器件性能测试技术四个方面的支持。
目前，国内外学者在光子晶体制备、器件设计和器件性能测试等方面开展了大量工作，且不断取得了突破性进展。
一、光子晶体制备技术光子晶体制备技术是基于光子晶体的微波器件的关键技术之一。
现有的制备技术主要包括平面型光子晶体制备技术、三维型光子晶体制备技术和二维型光子晶体制备技术。
平面型光子晶体制备技术以电子束光刻和光刻技术为主，通过精密的图案设计和加工操作，可以制备出结构规则的平面型光子晶体，其制备流程较为复杂，但制备效率较高。
三维型光子晶体制备技术是将周期性结构的光子晶体压印到聚合物材料上，通过自组装形成的三维结构，这种制备技术实现了光子晶体的大面积制备，且可以实现光子晶体的多层结构。
二维型光子晶体制备技术是将二维光子晶体结构压印于表面，制备简单而且成本较低，但器件尺寸较大，还存在着制程难度高、生产成本高等问题。
二、光子晶体微波器件设计基于光子晶体的微波器件在设计上具有一定的难度，这是因为光子晶体微波器件有时需要考虑光子晶体结构的带隙、微波场的模式和滤波特性等多方面因素。
光子晶体微波器件设计的基本原则是，在光子晶体中引入缺陷，控制微波场的传输和耦合特性，在设计时要考虑因应实际应用的特定需求，如频段、带宽、损耗等。
以滤波器设计为例，当光子晶体结构中引入缺陷时，会产生一系列的能带布拉格反射峰，可以在这些反射峰进行带通和带阻滤波，进而实现对于微波的控制。
DOC-基于Matlab的光子晶体波导仿真研究_图文
基于Matlab的光子晶体波导仿真研究_图文仿真技术文章编号：１００８－０５７０（２００７）０１－１－０２６４－０２中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第１－１期基于Ｍａｔｌａｂ的光子晶体波导仿真研究ＦＤＴＤＡｒｉｔｈｍｅｔｉｃＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｉｎｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓｗａｖｅｇｕｉｄｅｏｎｔｈｅＢａｓｉｓｏｆＭａｔｌａｂＬａｎｇｕａｇｅ（江苏大学）吴炳坚沈廷根ＷＵＢＩＮＧＪＩＡＮＳＨＥＮＴＩＮＧＧＥＮ摘要：本文首先介绍了光子晶体波导的原理，然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件，最后运用ｍａｔｌａｂ语言实现二维光子晶体波导的仿真。
关键词：光子晶体波导；时域有限差分法；ｍａｔｌａｂ语言中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：ｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅＦＤＴＤａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅｕｓｅＭａｔｌａｂｌａｎｇｕａｇｅｔｏｐｒｏｇｒａｍｍｅＦＤＴＤａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｓｅｎｔａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｅｆｏｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｈｏｔｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ＦＤＴＤ，Ｍａｔｌａｂｌａｎｇｕａｇｅ技术创新１引言光子晶体最早是在１９８７年由Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ与Ｓ．Ｊｏｈｎ提出，是由不同介电系数的物质周期性排列所组成。
和在半导体晶体中电子会形成能带结构、带与带间有能隙的情形类似，在光子晶体中传播的光波色散曲线，因介质介电系数周期性排列的缘故，也形成带状结构即“光子禁带”。
特定频率的光因为落在此禁带内而被禁止传播。
我们通过利用这一性质做成光子晶体波导，为整个回路信号的传输提供一个快速通道，能为将来的超大规模全光或光电子集成回路提供一个优良的基础物质平台。
二维光子晶体结构设计的建模,算法和仿真研究
二维光子晶体结构设计的建模,算法和仿真研究随着科学技术的不断进步，光子学在众多领域发挥着日益重要的作用。
在特定的应用中，如激光技术、光通信等，光子晶体结构被广泛用于实现特殊功能。
为此，开发出有效的工程方法是非常重要的。
理论上讲，光子晶体结构的设计可以通过矢量模式分析、方程数值求解、局域模拟等方法进行，但是，在复杂条件下，以上方法很难解决光子晶体设计中存在的各种问题。
因此，近年来，许多学者和研究人员开始研究基于建模、算法和仿真的光子晶体结构设计方法。
首先，建模和分析工具的运用可以有效地提高设计过程的效率和精度。
在建模方面，可以使用不同的技术来描述光子晶体结构，如FEM（有限元）、FDTD（时域有限差分）、BEM（边界元法）等。
这些工具不仅帮助我们建立准确的模型，而且还可以实现对结构状态的实时监测。
其次，算法是另一种重要的工具，用来处理特定结构中出现的问题。
不同的算法可以有效地求解出最优的设计参数，以实现预期的性能。
目前，与光子晶体结构相关的经典算法有遗传算法、模拟退火算法、模式搜索算法等，而新的算法如深度学习也在此领域得到应用。
最后，仿真技术的发展为光子晶体结构设计提供了一种有效的验证和测试方法。
使用物理仿真技术，例如FDTD和FEM，可以模拟出各种复杂的环境下光子晶体结构的相关行为，在设计过程中及时发现和解决可能出现的问题。
通过上述方法，可以有效地评估出不同结构中较优的参数，并根据要求实现对应功能。
因此，掌握建模、算法和仿真方法对于光子晶体结构设计来说是必不可少的。
然而，在实际应用中，光子晶体结构的设计过程仍然存在许多挑战。
因此，未来研究的重点是开发基于建模、算法和仿真的有效方法，并有效解决复杂结构设计中潜在的问题。
仅有这样，才能有效地应用光子晶体结构，满足多样化的应用需求。
本文以《二维光子晶体结构设计的建模、算法和仿真研究》为标题，综述了基于建模、算法和仿真技术的光子晶体结构设计方法，以提高设计效率和精度。
小型环形谐振腔的微波光子基于光子晶体波导滤波器
小型环形谐振腔的微波光子基于光子晶体波导滤波器状态信息光子学与光通信重点实验室，我们设计了两个微波光子滤波器（陷波滤波器和带通滤波器）的基础上的绝缘体上硅（SOI）的光子晶体波导的60 GHz的单边带信号在光纤无线电（ROF）系统。
通过影响相邻的光子晶体波导孔前两排的半径，我们得到的一个广泛的可忽略色散带宽和相应的恒定的低群速度。
与缓慢的光的作用，延迟线滤波器可以同时提供相同的延迟时间显著减少光纤延迟线。
仿真结果表明，该陷波滤波器的延迟线的长度是只25.9μM，和它有一个自由光谱范围130 GHz，基带的宽度（BW）的4.12 GHz，22分贝的缺口深度。
带通滤波器的长度是62.4μ米，具有19.6 dB的消光比4.02 GHz的带宽，并可以为减少9分贝的接收数据的信噪比的要求10−7比特差错率。
证明微波光子晶体滤波器可以用在未来的高频毫米波ROF 系统。
1．简介近年来，出现了快速的改善60 GHz的毫米波在光纤无线电（ROF）因为它可以在一个未使用的频谱，操作系统。
的ROF系统的优点在于它的中央管理的建筑，这意味着复杂的电子信号处理可以集中在中央办公室。
由于这个原因ROF系统可以减少网络数元素，因此网络的成本和功耗可以减少。
虽然标准达到（∼20公里）ROF接入网得到了更多的关注，有小的注意力都集中在朗里奇（大于100公里）的ROF系统。
一个可能的原因是长距离光纤可以导致严重的色散。
它增加了不同延迟的的边带和载波。
例如，传统双边带（DSB）调制可能导致重复的长度取决于功率波动问题，这光载波抑制（OCS）调制通常是用来解决。
不过，OCS也可以导致严重的时移由两个由于色散数据音调。
它导致不可接受的误差率在传输。
单边带（SSB）ROF系统还可以减少功率衰落的影响和时移，但需要严格的光学单边带陷波滤波分离载体和侧音。
微波光子晶体滤波器（MPF）为基础的在环形谐振器的简单和可调性和显示出良好的应用潜力在有前途的ROF系统[ 8 ]。
光子晶体设计
光子晶体设计光子晶体是一种具有周期性光学性质的材料, 通过改变其周期性结构以控制光的传播和特性, 广泛应用于光学器件、传感器、光学通信等领域。
在光子晶体的设计过程中，选择合适的材料和优化结构是关键的步骤。
本文将介绍光子晶体设计的基本原理、常用方法和一些应用案例。
一、光子晶体设计原理光子晶体的设计原理基于布拉格衍射和能带理论。
通过在材料中引入周期性的折射率变化，产生布拉格衍射，使特定波长的光在晶体中发生反射和传播。
这种周期性结构的形成会引起光子禁带的产生，即某一范围内的光无法在晶体中传播。
二、光子晶体设计方法1. 自下而上设计方法自下而上的设计方法是通过改变结构参数和材料属性来实现对光子晶体光学性质的调控。
其中一种常用的方法是利用微纳加工技术，如电子束曝光、光刻技术等，在二维或三维材料中制造特定的结构，从而实现光子晶体的设计。
2. 自上而下设计方法自上而下的设计方法是基于计算机模拟和优化算法。
通过选择材料的折射率和结构的周期，采用计算工具如有限元方法、傅里叶光学等进行模拟计算，最终得到满足特定光学性质需求的光子晶体结构。
三、光子晶体应用案例1. 光子晶体波导光子晶体波导是一种在光子晶体中实现光的传播的结构。
由于光子晶体波导的禁带导致传播模式的束缚，使其具有较大的带宽和高的传输效率。
光子晶体波导在微波通信、光通信和集成光学领域有着重要的应用。
2. 光子晶体传感器光子晶体结构对光的敏感性使其成为理想的传感器平台。
通过对光子晶体纳米孔洞或微球的设计，可以实现对不同物质的检测和监测。
光子晶体传感器在生物医学、环境监测和食品安全等方面有广泛的应用。
3. 光子晶体滤波器光子晶体滤波器是利用光子晶体的光学特性实现对特定波长光的选择性传输。
通过调整光子晶体的结构参数和材料折射率，可以实现对光的波长选择性滤波。
光子晶体滤波器在光通信、光谱分析和光学传感等领域中起到重要的作用。
结论光子晶体设计作为一种关键的光学器件设计方法，具有广泛的应用前景。
基于光子晶体的微波滤波器设计与制备技术研究
基于光子晶体的微波滤波器设计与制备技术研究绪论微波滤波器是一种能够在微波频率范围内滤除不需要的信号，同时保留需要信号的器件。
在无线通信、雷达、卫星通讯等领域中起着非常重要的作用。
当然，滤波器的性能也取决于其本身的特性以及制备技术。
本文我们将探讨一种新型的微波滤波器制备技术——基于光子晶体的微波滤波器设计与制备技术，并着眼于该制备技术的优异性能和当前研究中存在的问题，以及未来研究的打算。
一、基于光子晶体的微波滤波器的设计原理光子晶体是一种介电常数周期性变化的材料，其结构类似于晶体，在特定波长的电磁波辐射下会表现出“禁带”现象，即光子晶体中某一周围区域内的电磁波将无法传输，因此对于设计微波滤波器来说，基于光子晶体的制备技术具有很大的应用前景。
在基于光子晶体的微波滤波器中，一般采用三种类型的结构，包括单电介质结构、DC - SPCF结构和注入物结构。
其中，单电介质结构简单易行，但其被禁带带宽较窄；DC - SPCF结构的被禁带带宽能满足实际应用的要求，并且具有较高的品质因数；注入物结构则是整个材料中注入空气驻波而实现的。
二、基于光子晶体的微波滤波器制备技术在制备基于光子晶体的微波滤波器时，我们一般采用电子束碾压法或微纳加工技术等方法来制备，具体步骤如下：1. 光子晶体的样品制备首先，需要准备一定数量的介电常数和介电损耗非常低的薄膜制成单层光子晶体，这可以通过电子激发来完成，也可以采用氢化物淀粉法。
2. 软X线投影光刻技术一般采用软X线投影光刻技术来刻制光子晶体的结构图案，使得该图案能与微波频段的相互作用。
3. 微纳加工技术接下来，我们将会在设计好的图案模板中沉积金属、石墨、薄膜等材料，并通过微纳加工技术将其加工成一个完整的微波滤波器。
总的来说，该制备技术不但制备成本低廉，而且能够在设计时非常方便地控制不同材料的形态、大小和密实度，从而使得微波滤波器的制备遵循严格的设计要求。
三、基于光子晶体的微波滤波器的性能和研究现状基于光子晶体的微波滤波器十分适用于微波无线系统，因为它在微波频率范围内具有高品质因数、窄带宽的滤波特性。
新型太赫兹光子晶体OAM_光纤设计
第 21 卷 第 12 期2023 年 12 月Vol.21，No.12Dec.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology新型太赫兹光子晶体OAM光纤设计杨婧翾1，李巍2，成利敏1(1.廊坊师范学院电子信息工程学院，河北廊坊065000；2.北华航天工业学院电子与控制工程学院，河北廊坊065000)摘要：太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势，是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。
针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差，难以支持长距传输问题，设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。
以现有常见材料作为光纤基底材质，通过创新光纤结构中空气孔排布方式，抵消材料高吸收损耗，以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。
选择最优参数，实现6个OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。
在0.2~0.9 THz宽波段内，实现模式纯度超过88.9%，限制损耗小于10-7 dB/m。
通过软件仿真实验设计，解决了太赫兹与OAM技术相结合的关键问题，为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。
关键词：轨道角动量；太赫兹通信；光子晶体光纤；模分复用中图分类号：TN914 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2023089Design of new terahertz photonic crystal fiber forOrbital Angular Momentum modes transmissionYANG Jingxuan1，LI Wei2，CHENG Limin1(1.School of Electrical Information Engineering，Langfang Normal University，Langfang Hebei 065000，China；2.School of Electronic and Control Engineering，North China Institute of Aerospace Engineering，Langfang Hebei 065000，China)AbstractAbstract：：Terahertz communication has the advantages of both microwave communication and optical communication, which is one of the most effective technical means to solve the problem ofcommunication capacity shortage. In order to solve the problems of serious absorption loss and poorexternal disturbance resistance in terahertz band, a new terahertz fiber based on circular PhotonicCrystal Fiber(PCF) structure is designed to support high performance Orbital Angular Momentum(OAM)modes transmission. The existing common materials are used as the fiber base material, and the highabsorption loss of materials is offset by the innovation of hollow porosity arrangement in the fiberstructure. The optimal parameters are selected to realize the stable transmission of six OAM mode groupswith high mode quality, low confinement loss and wide bandwidth. The mode purity is above 88.9% andthe confinement loss is below 10-7 dB/m in the 0.2~0.9 THz band. Through simulation, the key problemof combining terahertz and OAM technology is solved, which lays a theoretical foundation for theapplication of Mode Division Multiplexing(MDM) technology in terahertz communication system.KeywordsKeywords：：Orbital Angular Momentum；terahertz communication；Photonic Crystal Fiber；Mode Division Multiplexing随着信息互联网技术创新的快速发展，人工智能、高清视频、直播等新的应用方式受到了社会各界的广泛关注[1-3]。
光子晶体太赫兹波导的理论研究与仿真分析的开题报告
光子晶体太赫兹波导的理论研究与仿真分析的开题报告开题报告一、题目：光子晶体太赫兹波导的理论研究与仿真分析二、研究背景：太赫兹波辐射具有非常广泛的应用前景，例如成像、通信、传感、医疗等领域。
在这些应用中，太赫兹波导作为太赫兹波的重要传输介质，在实际应用中发挥着至关重要的作用。
因此，对太赫兹波导的深入研究和探索具有非常重要的意义。
在现有的太赫兹波导研究中，光子晶体太赫兹波导由于其具有优异的性能，成为当前最受关注的研究方向之一。
光子晶体太赫兹波导的独特之处在于结构周期性、带隙特性和禁带带宽的可调性，这些特点为实际应用提供了广泛的应用前景。
因此，对光子晶体太赫兹波导的基本理论、仿真分析及其实验验证具有非常重要的意义。
三、研究内容：（1）光子晶体材料的基本理论研究；（2）太赫兹波导的基本理论研究；（3）光子晶体太赫兹波导的仿真建模与分析；（4）光子晶体太赫兹波导的实验验证。
四、研究方法：（1）理论研究：通过文献研究、模型分析和计算机模拟等方法对光子晶体材料和太赫兹波导进行基本理论研究。
（2）仿真建模与分析：利用相关软件对光子晶体太赫兹波导进行仿真建模与分析。
（3）实验验证：利用太赫兹波谱仪等实验设备对所设计的光子晶体太赫兹波导进行实验验证。
五、研究预期成果：（1）建立了光子晶体太赫兹波导的基本理论和数值模拟分析方法；（2）实现了光子晶体太赫兹波导的仿真建模和分析；（3）设计出具有优异性能的光子晶体太赫兹波导，并进行实验验证。
六、研究意义：（1）光子晶体太赫兹波导在太赫兹波应用领域中具有广阔的应用前景；（2）研究对太赫兹波的传输和调控提供了一定的参考和支撑；（3）研究过程中涉及到的理论方法、仿真分析方法和实验方法具有较广泛的应用价值。
基于光子晶体的matlab仿真
将光波在介质层中的行 进看作是正向行进电磁波 （下行波） 和反向行进 电磁 波 （上行波） 的叠加. 介质交界面处的电磁场满足边 界条件. 每一介 质层与光波的相互作用可由其矩阵完全决定. 介质层两边的场矢量 E Ⅰ ， H Ⅰ ， E H Ⅱ的模可用特征矩阵联系起来 ：
E E H M H
0.398
0.1
0.396 3.2
0.0995 3.2
3.25
3.3
3.35 3.4 介 质 d的 厚 度
3.45
3.5
3.55 x 10
-7
图 20 一维光子晶体群速度随介质 d的厚度的变化曲线
图21 一维光子晶体带宽随介质 d的厚度的变化曲线
由图20、图21可得出，随着介质d的厚度的增加，群速度和带宽都减小。由此可以 得到与a厚度变化相同的规律：宽的带宽和小的群速度是相互矛盾的，所以，要选择 合适的d的厚度，从而兼顾带宽和群速度的要求。
光子晶体的光学特性
• • • • 答辩人： 导 师： 专 业： 方 向：
目录
• • • • • 1、立题依据 2、技术路线 3、研究内容及结果 4、结论 5、致谢
1、立题依据
光子晶体能带对光子运动具有强烈的分散性、异向性，因此光子在 光子晶体中的传播具有广角性、波长响应、脉冲响应及非线性响应。 光子晶体的理论计算已相对成熟，本文旨在应用现有的计算方法，建 立一维光子晶体模型并讨论一维光子晶体在不同结构参数和参数下的 光学传输特性 。 本论文从一维光子晶体的结构特点出发，着重研究了有限周期一维 光子晶体的基本光学特性 。
27528285292953053110704060406504070407504080408504090409504104105介质b的厚度介质b的厚度与群速度的关系图17一维光子晶体群速度随介质b的厚度的变化曲线27528285292953053110704060406504070407504080408504090409504104105介质b的厚度介质b的厚度与群速度的关系图18一维光子晶体群速度随介质b的厚度的变化曲线27528285292953053110700970098009901010101020103介质b的厚度介质b的厚度与带宽的关系图19一维光子晶体带宽随介质b的厚度的变化曲线由图18图19可得出随着介质b的厚度的增加群速度呈对数增长而带宽则近似成线性减小
非线性光学中光子晶体微结构的设计与模拟
非线性光学中光子晶体微结构的设计与模拟概述：随着光子晶体微结构研究的不断深入，其在非线性光学中的应用也越来越广泛。
本文将从原理、设计及模拟三个方面综合探讨。
一、原理光子晶体（Photonic Crystal，PC）最早由田中良明等人于1987年提出。
指的是在局域区域能够升高（或降低）禁带宽度，从而阻挡特定波长（频率）的电磁波传播的微米级空间微结构。
主要有三大种类：一维（1D）光子晶体，二维（2D）光子晶体和三维（3D）光子晶体。
非线性光学意义上的光子晶体，则是指利用谐振腔效应或光子能带结构，在光学中制造出一些特定的调制空间，增强（或削弱）光和物质（包括波导、介质等）的相互作用。
光子晶体所形成的带隙是其重要特征之一，即在能量/频率或波矢空间中具有完全禁闭的区域，其能带结构、带隙宽度、相位微调等都对其在非线性光学中的应用产生关键影响。
二、设计非线性光学中，通常“一物一波”应于同一尺度，以确保光与物质耦合。
光子晶体微结构的计算通常经过三个步骤：1、选择良好的微结构原型，即制作出大带隙、调制方式易于可控的光子晶体；2、定义有效介电常数，即使用采用本征原胞模型的有效介质理论，来量化光子晶体的调制效应；3、计算材料的非线性效应。
光子晶体的设计不仅涉及引导和控制光子的整体行为，而且还涉及到随着时间或空间的演化，电磁波会如何改变。
目前，最常见的光子晶体微结构设计方法有两类：光学微细加工和自组装法。
1、光学微细加工：如光刻、电子束刻蚀、离子束刻蚀、激光熔化和热声波熔化等加工技术，将微米级的光学结构图案化于晶片表面上。
这种方法获得的光子晶体具有良好的质量，常常被用于传感、滤波等高端应用。
2、自组装法：如溶胶-凝胶法、气相沉积法、毛细吸附法、模板法等自组装技术，通过晶体自组装的形式获得复杂的光子晶体结构。
自组装法有许多优点，如生长中对于制造原型的要求较低、有潜力制造出成本较低的光子晶体、易于扩展产量等，但对于制造大片和同质性较强要求的光子晶体还存在难题。
基于光子晶体的新型微波传输线路设计与实现
基于光子晶体的新型微波传输线路设计与实现引言：随着无线通信技术的快速发展，对于高频微波信号的传输需求也越来越迫切。
传统的微波传输线路存在着信号衰减、干扰等问题，因此，研究新型的微波传输线路成为了当前的热点。
本文将介绍一种基于光子晶体的新型微波传输线路的设计与实现。
一、光子晶体的基本原理光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，其特点是具有光子带隙。
光子带隙是指在特定频率范围内，光子晶体对于某些特定频率的光波具有完全反射的特性。
这种特性使得光子晶体在微波传输线路中具有很大的潜力。
二、微波传输线路的设计1. 光子晶体的材料选择光子晶体的材料选择是设计微波传输线路的关键。
一般来说，光子晶体需要具有较高的折射率差和较低的损耗。
目前常用的材料有硅、氮化硅等。
根据具体的需求和应用场景，选择合适的材料非常重要。
2. 光子晶体的结构设计光子晶体的结构设计是决定微波传输线路性能的关键因素。
通过调整光子晶体的周期、孔径等参数，可以实现对微波信号的调控。
例如，可以设计出具有特定频率带隙的光子晶体，使得微波信号在特定频率范围内得到有效传输。
三、微波传输线路的实现1. 光子晶体的制备制备光子晶体是微波传输线路实现的第一步。
常用的制备方法包括光刻、干法刻蚀等。
通过这些方法，可以在材料表面制备出具有周期性结构的光子晶体。
2. 微波信号的传输制备好光子晶体后，就可以进行微波信号的传输实验了。
将微波信号输入到光子晶体中，观察信号的传输情况。
通过实验数据的分析，可以评估光子晶体在微波传输中的性能。
四、光子晶体微波传输线路的优势与应用1. 优势相比传统的微波传输线路，基于光子晶体的新型微波传输线路具有以下优势：- 低损耗：光子晶体的折射率差较大，可以实现低损耗的微波传输。
- 宽带隙：光子晶体具有宽带隙特性，可以实现对多个频率的微波信号传输。
- 抗干扰：光子晶体对于外界干扰具有较强的抵抗能力，可以提高传输信号的稳定性。
2. 应用基于光子晶体的新型微波传输线路在通信、雷达、卫星等领域具有广泛的应用前景。
基于高阻表面微波光子晶体的微带天线设计
基于高阻表面微波光子晶体的微带天线设计吴浩;王灵敏;田小建;单江东【摘要】A microstrip antenna based on high-impedance surface of microwave photonic crystals was proposed,which works on a centre frequency of 11.75 GHz.High impedance surface can improve the characteristics of surface wave band gap.Simulation by HFSS shows that microstrip antenna gain increased around 0.6 dB and low back lobe radiation maximum reduced around 10 dB.Thus the overall performance of the antenna is improved.%利用高阻表面具有明显表面波带隙的特性,研究微波光子晶体高阻表面结构在中心频率为11.75 GHz微带天线中的应用.高频结构仿真(HFSS)电磁软件建模仿真结果表明,微带天线增益提高约为0.6 dB,低背瓣辐射最大降低约为10 dB,从而提高了天线的性能.【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P583-586)【关键词】微带天线;光子晶体;带隙;高阻表面;增益【作者】吴浩;王灵敏;田小建;单江东【作者单位】吉林大学电子科学与工程学院，长春 130012;吉林大学电子科学与工程学院，长春 130012;吉林大学电子科学与工程学院，长春 130012;吉林大学电子科学与工程学院，长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TN82微波光子晶体结构是一种人造的具有频率带隙的周期介电材料.目前对光子晶体结构在微波与毫米波领域的应用研究已取得很多成果，如采用光子晶体结构的微带型带阻滤波器和谐振器可有效抑制谐波，提高放大器效率；将抛物面天线反射面加载于微带天线可抑制表面波，从而改善天线的方向图等.微带贴片天线具有体积小、重量轻、低剖面、成本低和易加工等优点，有广阔的应用前景.光子晶体结构在特定的频率范围内具有传输频带和介质频带.本文将微波光子晶体结构的表面波带隙特性应用于微带天线中，从而提高了天线性能［1－12］.1 高阻表面结构微带天线的特性1.1 理论分析采用正方形单元为高阻表面单元形式.高阻表面的表面波带隙设计可依据等效电路模型计算，其等效参数表达式为其中：a为周期长度；w为正方形单元的边长；g为单元间的缝隙宽度；t为基板厚度.由估算的等效电容及电感可得结构的谐振频率为图1 高阻表面的截图Fig.1 Screenshots of high－impedance surface由于式（1），（2）为估计公式，因此在应用时还需使用数值方法进行分析和设计，以使天线的工作频率位于高阻表面的表面波带隙内［2，13－16］.1.2 方案设计微波光子晶体高阻表面是在介质板表面排列一组金属突起物而形成的，它们通过二维网格结构排列，这些金属小贴片与下面的导体利用垂直的金属柱通过过孔连接.由于该结构对在表面传播的表面波具有抑制作用，因此将天线镶嵌在其中心可有效抑制天线表面波的传播，利用光子晶体高阻表面结构设计改善天线方向图的截面图如图1所示［8］.设计高阻表面的带隙中心频率约为11.75GHz，选取基板厚度为0.8mm，相对介电常数为4.4，过孔半径为0.4mm.正方形单元贴片边长为7mm，单元与单元间的宽度为0.3mm，过孔与过孔间的距离为7.3mm.设计的天线为微带矩形贴片天线，天线尺寸为5.8mm×8.3mm，采用微带线馈电，工作频率为11.75GHz.微带天线与高阻表面微带天线的截图如图2所示.图2 微带天线与高阻表面微带天线截图Fig.2 Screenshots of microstrip anternna and microstrip anternna with high－impedance surface图3 微带天线与高阻表面微带天线的S11参数Fig.3 S11parameters of microstrip anternna and microstrip anternna with high－impedance surface1.3 仿真结果通过仿真可得天线端口回波损耗曲线S11，如图3所示（实线表示高阻表面微带天线的S11参数，虚线表示微带天线S11参数）.由图3可见，加入光子晶体高阻表面的天线S11参数略有变化，天线的谐振频率由11.75GHz向高偏移至11.79GHz，回波系数由－28.73dB 降为－43.40dB，匹配效果明显变好.这是因为光子晶体高阻表面结构的金属贴片与天线间存在耦合所致.由于加入光子晶体高阻表面天线的谐振点向高频偏移，因此可选择适当的谐振点为基准以比较方向图的变化.若所取频率点为11.77GHz，则光子晶体天线与微带天线的三维增益图如图4所示.由图4（A）可见，微带天线在此频率点上的最大增益约为4.76dB；由图4（B）可见，应用正方形单元结构高阻表面的天线增益约为5.37dB，约提高了0.6dB，且其背瓣降低，平均降低为4～5dB，最大降低约为10dB.图4 三维增益图Fig.4 3Dgain patterns2 测试结果2.1 反射损耗测试通过热转印法与腐蚀制作光子晶体天线，其反射损耗曲线如图5所示.由图5可见，加入光子晶体高阻表面的天线S11参数略有变化，天线的谐振频率由11.75GHz向高偏移至11.79GHz，回波系数由－24.73dB降为－36.40dB，匹配效果明显变好.2.2 增益测试标准天线接收功率数据如图6所示.其计算公式为其中：GS为已知标准天线的增益，调节匹配器使电路匹配；P为接收标准天线功率计的读数；PS为接收待测天线功率计的读数.图5 反射损耗曲线Fig.5 Reflection loss curves图6 标准天线接收功率数据Fig.6 Receive power data of standard antenna由图6可见，加入光子晶体高阻表面天线的谐振点向高频偏移，因此可选择适当的谐振点为基准以比较方向图的变化，若所取频率点为11.80GHz，则标准天线增益为13dB.表1和表2分别为高阻表面微带天线和微带天线接收功率数据，根据式（4）计算可得微带天线在0°增益为3.34dB，高阻表面微带天线在0°增益为4.90dB，提高了1.56dB，且其背瓣降低，从而验证了仿真结果正确.表1 高阻表面微带天线接收功率（W）Table 1 Receive power data of microstrip anternna with high－impedance surface（W）f／GHz 0° 90° 180°11.75 －5.316 －6.553 －6.625 11.80 －5.109 －6.873 －6.225 12.50 －5.224 －6.368 －6.824表2 微带天线接收功率（W）Table 2 Receive power data of microstrip antenna（W）f／GHz 0° 90° 180°11.75 －5.285 －6.653 －6.325 11.80 －5.283 －6.983 －5.975 12.50 －5.334 －6.363 －5.922综上，本文利用高频结构仿真（HFSS）软件对所设计的光子晶体天线进行仿真计算，并通过实物测试验证计算结果.实验结果表明，采用光子晶体高阻表面的微带贴片天线反射损耗曲线测试结果明显变好，回波系数明显下降，匹配效果变好.当天线工作频率在光子晶体高阻表面的表面波带隙中时，由于表面波被抑制，天线的背瓣减小了4～10dB，而主瓣增益约提高了0.6dB，因此本文提出的高阻表面结构可更好地抑制表面波的传播，从而有效改善天线的方向图.参考文献【相关文献】［1］张国华.谐振型微波光子晶体电磁特性研究及其在天线中的应用［D］.长沙：国防科学技术大学，2005.（ZHANG Guohua.Study on Electromagnetic Characterististics of Resonance－Type Microwave Photonic Crustals and Its Applications in Antennas［D］.Changsha：National University of Defense Technology，2005.）［2］付云起，袁乃昌.微波光子晶体及其应用研究［M］.长沙：国防科技大学出版社，2009：96－147.（FU Yunqi，YUAN Naichang.Research of Microwave Photonic Crystal and Application［M］.Changsha：Press of National University of Defense Technology，2009：96－147.）［3］闫敦豹，付云起，张国华，等.EBG结构在微带天线阵中的应用［J］.微波学报，2005，21（增刊）：75－78.（YAN Dunbao，FU Yunqi，ZHANG Guohua，et al.The Application of EBG Structure to Microstrip Antenna Array［J］.Journal of Microwaves，2005，21（Suppl）：75－78.）［4］Radisic V，QIAN Yongxi，Coccioli R，et al.Novel 2－D Photonic Bandgap Structure for Microstrip Lines［J］.IEEE Microwave and Guided Wave Letters，1998，8（2）：69－71.［5］Yahllonovitch E.Inhibited Spontaneous Emission in Solid－State Physics and Electronics［J］.Phys Rev Lett，1987，58（20）：2059－2062.［6］Yun T Y，CHANG Kai.Uniplanar One Dimensional Photonic Bandgap Structures and Resonaters［J］.IEEE Trans MTT，2001，49（3）：549－553.［7］颜晓，朱娜，汪杰，等.单平面紧凑型微波光子晶体在PIFA天线中的应用［J］.光电子技术，2011，31（4）：259－262.（YAN Xiao，ZHU Na，WANG Jie，et al.UC－EBG Applicationin the Planar Inverted F Antenna［J］.Optoelectronic Technology，2011，31（4）：259－262.）［8］张国华，袁乃昌，付云起，等.高阻接地面圆波导介质天线实验研究［J］.微波学报，2005，21（4）：31－33.（ZHANG Guohua，YUAN Naichang，FU Yunqi，et al.Experimental Studies on Circular Waveguide Dielectric Rod Antenna Using High Impedance Ground Plane［J］.Journal of Microwaves，2005，21（4）：31－33.）［9］宫海波，武岳山，刘奕昌.一种基于高阻表面的2.45GHz频段读写器天线［J］.通信与网络，2010，36（11）：110－113.（GONG Haibo，WU Yueshan，LIU Yichang.2.45GHz－Band Reader Anternna Based on High－Impedance Surface［J］.Communication and Network，2010，36（11）：110－113.）［10］殷雄，张厚，王剑.一种基于光子带隙结构的新型圆极化天线［J］.无线电工程， 2009，39（7）：41－43.（YIN Xiong，ZHANG Hou，WANG Jian.A New Circular Polarization Microstrip Antenna Based on PBG Structure［J］.Radio Engineering，2009，39（7）：41－43.）［11］刘春恒，吕跃广，汪秋华.新型光子晶体微带天线［J］.电子对抗，2005（5）：22－26.（LIU Chunheng，LÜYueguang，WANG Qiuhua.A New Microstrip Antenna Based on Photonic Crystal Substrate［J］.Electronic Warfare，2005（5）：22－26.）［12］郑秋容.微波光子晶体带隙特性及其在天线中的应用［D］.长沙：国防科学技术大学，2007.（ZHENG Qiurong.Bandgap Characteristics of Microwave Qhotonic Crystal and Its Application in Antenna［D］.Changsha：National University of Defense Technology，2007.）［13］程海荣.电磁带隙结构的小型化设计及其在微带天线中的应用［D］.西安：西安电子科技大学，2010.（CHENG Hairong.Design of Miniaturized Electromagnetic Band Gap Structure and Its Application in Microstrip Antenna［D］.Xi’an：Xidian Universty，2010.）［14］任王.小型微带天线分析与设计［D］.杭州：浙江大学，2008.（REN Wang.Study on Miniaturized Microstrip Antenna［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2008.）［15］刘藤.微带天线的理论研究与工程设计［D］.成都：电子科技大学，2011.（LIUTeng.Theoretical Research and Enginneering Design of Microstrip Antenna［D］.Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2011.）［16］刘静娴.小型化天线设计及其可重构技术的研究［D］.杭州：浙江大学，2011.（LIU Jingxian.Research on the Miniaturization and Reconfigurability of Compact Antennas ［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2011.）。
光子晶体的分子模拟与设计
光子晶体的分子模拟与设计光子晶体是一种具有周期性的光学介质结构，其结构中的周期性排列的孔洞或阱能够控制光的传播和特性。
光子晶体具有引人注目的光学性质，被广泛应用于光学通信、光子集成电路、传感器等领域。
在光子晶体的设计和制备过程中，分子模拟技术起到了至关重要的作用。
分子模拟是一种基于分子层面的计算方法，通过模拟和计算分子的结构、性质以及其与外界环境的相互作用，进而对材料的性能进行理论分析和预测。
在光子晶体的设计中，分子模拟可以帮助我们理解光子晶体的组成和光学特性，并通过调控分子或材料的参数来预测和优化光子晶体的性能。
首先，分子模拟可以帮助我们研究和优化光子晶体的周期结构。
通过分子动力学模拟，我们可以模拟和分析光子晶体中周期性排列的孔洞或阱的结构和性质。
利用分子模拟可以对孔洞或阱的尺寸、形状以及周期进行调控，从而预测和优化光子晶体的光子带隙和光学特性。
例如，通过调整孔洞的直径和排列方式，可以改变光子晶体对光的反射和透射特性，实现光的波长选择性的控制。
其次，分子模拟在光子晶体的材料选取和改性上具有重要意义。
光子晶体中的材料对光的传播和特性起着关键作用。
分子模拟可以帮助我们在理论层面上研究和评估不同材料在光子晶体中的性能。
通过分子模拟可以计算材料的电子结构、光学特性以及光与材料的相互作用。
这可以帮助我们选择合适的材料，并提供指导来改进现有材料或设计新型材料，以实现更好的光子晶体性能。
此外，分子模拟还可以辅助光子晶体的制备工艺与工程设计。
分子模拟可以模拟光子晶体的制备过程，如溶胶凝胶法、自组装法等，从而预测和优化制备方法。
通过模拟分析，可以得到光子晶体形成过程中的动力学信息、材料的扩散行为、组装方式等，为制备工艺的优化提供指导。
此外，在光子晶体的应用中，分子模拟也可以帮助我们优化光子晶体的结构和形式，以提高特定应用下的性能。
总之，光子晶体的分子模拟与设计是一种强大的工具，可以帮助我们理解和改进光子晶体的性质和特性。
微波仿真论坛_光子晶体基础知识
光子晶体基础知识汇总引言在过去的 50 年中，对半导体技术的深入研究和广泛应用推动了电子工业和信息产业的迅速发展。
目前半导体技术正向着高速度、高集成化方向发展，但这也不可避免地引发了一系列问题：比如电路中能量损耗过大导致集成片发热，此外由于高速处理对信号在器件中的延迟提出了更高的要求。
半导体器件的能力已基本到达了极限，为此科学家们把目光从电子转向了光子。
与电子相比，光子具有如下优势：1、极高的信息容量和效率；2、极快的响应能力；3、极强的互连能力和并行能力；4、极大的存储能力；5、光子间相互作用很弱，可极大地降低能量损耗。
但是与集成电路相比，集成光学器件的尺寸和集成度问题，一直是困扰集成光学发展的重要问题之一。
采用传统的光波导原理设计和制作光学元件，如果要想缩小尺寸是非常困难的。
因而严重限制了可达到的集成度。
目前对光子晶体的研究与开发，不失为解决以上困难的一种有效途径。
§1.1 光子晶体简介光子晶体是八十年代末提出的新概念和新材料，迄今取得异常迅猛的发展。
光子晶体不仅具有理论价值，更具有非常广阔的应用前景，这个领域已经成为国际学术界的研究热点。
1.1.1 光子晶体的概念光子晶体的概念是由Yablonvitch和 John在1987年各自提出的，它是根据传统的晶体概念类比而来的。
他们最初的想法是用一种材料来改变在其中传播的光的性质，就像我们利用半导体材料改变在其中通过的电子的性质一样。
众所周知，在半导体材料中，原子排布的晶格结构产生的周期性电势场影响着在其中运动的电子的性质，电子将形成能带结构。
将介电常数不同的介质材料在空间中周期性排列而形成的结构将改变在其间传播的光的性质。
由于介电常数存在空间上的周期性，所以它对光的折射率同样有周期性分布，在其中传播的光波的色散曲线也会形成带状能带结构，叫做光子能带（Photonic band）。
光子能带之间可能出现带隙，即光子带隙也叫光子禁带（Photonic bandgap简称 PBG）。
纳米级光子晶体调控与谐振效应仿真模型构建
纳米级光子晶体调控与谐振效应仿真模型构建光子晶体是一种具有周期性介电常数或折射率的材料。
它们可以通过调控光波的传播和耦合来实现光子的调制和控制。
在纳米级别上构建光子晶体有着重要的应用潜力，可以用于光学器件的设计、光子集成电路的实现以及光信息的处理。
为了准确地了解纳米级光子晶体的特性和调控机制，科学家们利用仿真模型来研究和预测其行为。
通过构建精确的仿真模型，可以模拟光子晶体中的谐振效应，探索其在不同频率、波长和角度下的光学响应。
本文将详细介绍纳米级光子晶体调控与谐振效应仿真模型的构建过程和应用。
首先，构建纳米级光子晶体调控与谐振效应仿真模型需要对光子晶体的基本结构和性质有深入的了解。
光子晶体可以分为一维、二维和三维结构，其周期性和排列方式对于其光学特性具有重要影响。
在仿真模型中，需要考虑光子晶体的结构参数，如周期性、单元单结构、填充率等。
同时，还需考虑光子晶体所用材料的光学特性，如折射率、透射率等。
其次，纳米级光子晶体调控仿真模型的构建需要选择合适的仿真软件和方法。
目前常用的基于有限元方法的光子晶体仿真软件有COMSOL Multiphysics、Lumerical FDTD、MEEP等。
这些软件可以模拟光在晶体中的传播、折射、反射和吸收等过程，能够准确地描述光子晶体的光学行为。
在构建仿真模型时，需要根据实际需求选择适合的仿真软件，并结合所研究的问题设定相应的模型边界条件和光源参数。
第三，纳米级光子晶体的调控与谐振效应仿真模型的构建需要考虑调控手段和光学效应。
光子晶体的调控通常通过改变晶体的结构参数、材料参数或通过外界的光场等手段实现。
研究不同调控方式对光子晶体的响应变化，可以进一步揭示光子晶体的调控机制。
在仿真模型中，可以通过改变晶体的周期性、填充率、材料的折射率等参数来模拟不同的调控方式，并分析其在不同波长、频率和角度下的光学效应。
最后，纳米级光子晶体调控仿真模型的构建不仅需要模拟和分析光子晶体的谐振效应，还需要与实际实验结果进行验证和比对。
光子晶体材料中光传输现象仿真模拟
光子晶体材料中光传输现象仿真模拟光子晶体材料是一种具有周期性结构的材料，可以对光传输进行有效控制和调控。
仿真模拟是一种研究光子晶体材料光传输现象的有效手段，可以通过数值计算和模拟来获得关于光子晶体材料中光传输的有用信息。
本文将重点介绍光子晶体材料中光传输现象的仿真模拟方法和应用。
在光传输现象的研究中，仿真模拟的主要目标是获得光子晶体材料中的光传输特性，如光线的传播路径、光的衍射和折射等。
由于光子晶体材料表现出与传统材料不同的光学特性，仿真模拟可以帮助我们理解和预测这些特性，并为光子晶体材料的设计和应用提供指导。
光子晶体材料中光传输现象的仿真模拟方法有多种，其中常用的方法包括有限差分时间域（FDTD）法、有限元方法（FEM）和传输矩阵方法（TMM）等。
这些方法在模拟光子晶体材料中光的传输过程中具有不同的优势和适用范围。
首先，有限差分时间域（FDTD）法是一种广泛应用于光学仿真的数值计算方法。
它通过将空间和时间离散化，利用Maxwell方程组的数值解来模拟光的传输过程。
FDTD法在光子晶体材料中的应用主要集中在研究光的传播特性，如衍射、反射、透射等。
通过调整光子晶体材料的结构参数，可以获得不同光学效应的仿真结果，从而帮助设计和优化光子晶体材料的光学性能。
其次，有限元方法（FEM）是一种适用于求解偏微分方程的数值计算方法，也可以用于光学仿真。
FEM方法通过将光学问题离散化为有限个小区域，用基函数表示光场强度分布，然后利用有限元法的数值解求解光传输方程。
FEM方法在模拟光子晶体材料中的光传输现象时，可以考虑更复杂的物理过程，如非线性光学效应和材料的吸收特性等。
因此，FEM方法在研究光子晶体材料的非线性光学和光吸收等方面具有一定的优势。
最后，传输矩阵方法（TMM）是一种基于电磁波的传输理论，适用于模拟光子晶体材料中的光传输现象。
TMM方法通过将光传输系统分解为多个透明的区域，并利用各区域之间的传输矩阵描述光的传输过程。
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光子晶体分类
光子晶体按照空间分布的周期性可以分为： 一维光子晶体：就是我们通常所说的光学多层膜。 二维PBG微带结构：在微带基板上打孔，形成周 期性排列 。 三维PBG微带结构：在树脂塑料板上，依次交错 挖半球形坑，每两层板相对放置成正球形空洞， 将多层板叠放。球形的空气微粒（孔洞），构成 面心立方PBG。
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微波光子晶体仿真设计
Microwave and Photon Technology Dec 2008
概述
光子晶体这种新型介质材料，是一种介质 在另一种介质中周期排列所组成的周期结 构，能够产生光子带隙(PBG)。 PBG 将阻止特定频段的光波传输，而应用 于微波领域，能够使得特定频率段内的电 磁波完全不能在其中传播。
微带天线上光子晶体结构的设计
在上一实验中，我们详细介绍了用MWO软 件仿真设计矩形微带贴片天线的方法。本 实验，我们以用于3G系统、工作于1.9GHz 的矩形微带贴片天线为例，讨论用MWO软 件在微带天线上设计光子晶体结构的方法。
参数
在设计中，我们取微带天线基板的相对介 电常数=2.32，利用上一实验中给出的公式， 我们得到微带天线的长度L=7.12cm,宽度 W=5.06cm，基板的长度为21.91cm,宽度 为20.27cm；介质板厚度h=0.15cm。简便 起见，仿真时用一个via port来代替馈线， via port的长度为0.55cm，宽度为0.PBG结构
根据前面的计算，依照设计方案，我们在 EM Simulator中做出电磁仿真原理图。
本次仿真主要是讨论微带天线的反射系数 S11参数，因此需要添加仿真图形
仿真
天线的工作频带较窄；二次谐波和三次谐波较大
接地板上使用PBG结构
T
a
使用T＝1.91cm,a=1.37cm的PBG结构时的接地板
仿真
PBG结构能够有效地拓宽天线的工作频带，并抑制三次谐波, 但二次谐波的反射系数S11的值基本不变 。
PBG结构变化对微带天线的性能影响
随着a增大, 基波的S11值 增大； 半峰宽度增加； 三次谐波的S11增大。
随着T的增大， 基波的S11的值 增大； 半峰宽度增加； 二次谐波的S11 变化不大； 三次谐波S11值 减小
实验内容
1. 掌握光子晶体的基本原理。。 2. 在工作于2.4GHz的矩形微带贴片天线上， 设计光子晶体结构，以改善天线性能。 3. 用MWO软件对设计的工作于2.4GHz的 矩形微带贴片天线及其上的光子晶体结构 进行仿真。 4. 变化光子晶体结构参数，研究其对天线 性能的影响。
实验报告要求
1. 记录MWO软件的天线仿真性能图，并导 出仿真数据，利用Origin软件重新绘制天线 的仿真性能图。 2. 对比使用光子晶体结构前后天线的性能 变化，说明产生这一变化的原因。 3. 讨论光子晶体结构参数变化对天线性能 的影响，分析参数变化导致天线性能变化 的原因。
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