光子晶体能带计算与仿真实操
📚 共计 30 章节
01
光子晶体基础
什么是光子晶体？历史与发展、基本概念（光子带隙、光子局域）、分类（一维、二维、三维）。
带隙
布洛赫
周期结构
02
电磁理论基础
麦克斯韦方程组、本征值问题、布洛赫定理、平面波展开法(PWE)原理。
PWE
本征模
布洛赫波
03
一维光子晶体能带计算
传输矩阵法(TMM)原理、能带结构计算、带隙特性分析、Python代码实现。
TMM
Python
带隙
04
二维光子晶体能带计算
平面波展开法(PWE)实现、能带结构计算、TM/TE模式分析、Python代码实现。
PWE
TM/TE
能带
05
三维光子晶体能带计算
三维建模、能带结构计算、完全带隙与不完全带隙、计算资源优化。
完全带隙
3D
优化
06
光子晶体缺陷态
点缺陷(微腔)、线缺陷(波导)、面缺陷、缺陷态能带计算、Q值分析。
微腔
波导
Q值
07
光子晶体光纤
原理、带隙导光与折射率导光、色散特性分析、仿真案例。
PCF
色散
导光
08
光子晶体传感器
传感原理、折射率传感、温度传感、应力传感、灵敏度分析。
传感
折射率
灵敏度
09
光子晶体激光器
PCSEL、带边模式、阈值分析、仿真设计。
PCSEL
带边
阈值
10
光子晶体超材料
负折射、超透镜、隐身斗篷、等效介质理论。
负折射
超透镜
隐身
11
时域有限差分法(FDTD)基础
Yee网格、数值稳定性、边界条件(PML)、激励源设置。
FDTD
PML
Yee
12
FDTD仿真实践
Lumerical FDTD/MEEP介绍、透射谱计算、场分布分析。
Lumerical
MEEP
透射谱
13
MPB软件使用
MIT Photonic Bands、输入文件编写、能带图绘制。
MPB
能带图
开源
14
COMSOL 光子晶体模块
特征频率分析、参数化扫描、能带计算。
COMSOL
有限元
特征频率
15
RSoft Photonic Suite
BandSOLVE、FullWAVE、光子晶体仿真流程。
RSoft
BandSOLVE
FullWAVE
16
能带计算优化
遗传算法、粒子群优化、拓扑优化、逆向设计。
遗传算法
拓扑优化
逆向设计
17
数值问题与加速
收敛性分析、网格划分、对称性利用、计算加速。
收敛性
对称性
加速
18
实验验证与制备
电子束光刻、反应离子刻蚀、透射/反射谱测量、仿真对比。
EBL
RIE
测量
19
光通信应用
波分复用器、光开关、光调制器、光互联。
WDM
光开关
调制器
20
量子光学应用
量子点耦合、单光子源、纠缠光子对产生。
量子点
单光子
纠缠
21
能源领域应用
太阳能电池、热光伏、辐射制冷。
太阳能
热光伏
辐射制冷
22
生物医学应用
生物传感器、光热治疗、成像增强。
生物传感
光热
成像
23
拓扑光子晶体
拓扑绝缘体、边缘态、拓扑保护、谷光子晶体。
拓扑
边缘态
谷
24
非厄米光子晶体
PT对称性、奇异点、激光与吸收、非厄米拓扑。
PT对称
奇异点
非厄米
25
非线性光子晶体
非线性效应、二次谐波、光学参量振荡、孤子。
非线性
SHG
孤子
26
可调谐光子晶体
液晶调谐、机械调谐、电光调谐、热光调谐。
液晶
电光
热光
27
机器学习与能带计算
神经网络预测能带、逆向设计加速、数据驱动优化。
神经网络
逆向设计
数据驱动
28
项目实战一：波导分束器
设计二维光子晶体波导分束器。
分束器
波导
实战
29
项目实战二：高Q微腔
设计高Q值光子晶体微腔。
微腔
高Q
设计
30
项目实战三：血糖传感器
设计光子晶体传感器用于血糖检测。
传感器
血糖
检测