[发明专利]一种等离子体光子晶体结构设计方法

权利要求书

1.一种等离子体光子晶体结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据等离子体光子晶体结构的光子带隙要求，构造相应的损失函数；

S2、构建等离子体光子晶体结构模型，确定等离子体光子晶体结构的各参数及对应的变化范围，采用粒子群优化方法对各参数构成的参数向量进行初始化；

S3、将初始化结果代入到等离子体光子晶体结构模型对应的计算模型，利用时域有限差分方法进行透射系数的计算，得到相应的损失函数值；

S4、通过粒子群优化方法，迭代更新粒子的最优参数向量和种群最优参数向量；

S5、根据预先设定的迭代截止条件，结束粒子群优化方法的优化过程，确定满足光子带隙要求的等离子体光子晶体结构参数；

所述步骤S2中，确定等离子体光子晶体结构的各参数时，各参数包括：等离子体谐振频率ω_p、等离子体碰撞频率ν、介质的介电常数ε、介质的磁导率μ、介质的电导率σ，以及单层的厚度d，构成等离子体光子晶体结构的参数向量g＝[ω_p,υ,ε,μ,σ,d]。

2.根据权利要求1所述的等离子体光子晶体结构设计方法，其特征在于：

所述步骤S1中，构造损失函数时，若等离子体光子晶体结构的光子带隙要求包括在(f₁～f₂)频段范围内，透射系数小于等于设定值C，则损失函数Cost的表达式为：

Cost＝max(Tc(f₁～f₂))≤C

其中，Tc表示透射系数，max(Tc(f₁～f₂))表示在(f₁～f₂)频段范围内的透射系数最大值。

3.根据权利要求1所述的等离子体光子晶体结构设计方法，其特征在于：

所述步骤S2中，构建等离子体光子晶体结构模型时，等离子体与介质分层交替排列，总计M层，M为大于等于11小于20的奇数，两侧的外边界层均为等离子体，入射波为平面波，从一侧的外边界层垂直入射，每层的等离子体或介质的厚度均为d。

4.根据权利要求1所述的等离子体光子晶体结构设计方法，其特征在于：

所述步骤S2中，采用粒子群优化方法对各参数构成的参数向量进行初始化时，对参数向量g＝[ω_p,υ,ε,μ,σ,d]中的每个参数初始化，包括：

ω_p＝(a₂-a₁)·rand+a₁

ν＝(b₂-b₁)·rand+b₁

ε＝(c₂-c₁)·rand+c₁

μ＝(q₂-q₁)·rand+q₁

σ＝(m₂-m₁)·rand+m₁

d＝(s₂-s₁)·rand+s₁

其中，ω_p的变化范围为a₁≤ω_p≤a₂，ν的变换范围为b₁≤ν≤b₂，ε的变化范围为c₁≤ε≤c₂，μ的变化范围为q₁≤μ≤q₂，σ的变化范围为m₁≤σ≤m₂，d的变化范围为s₁≤d≤s₂。