[发明专利]一种等离子体光子晶体结构设计方法

说明书

本发明涉及一种等离子体光子晶体结构设计方法，包括：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；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；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；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；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。本发明能够快速实现等离子体光子晶体结构光子带隙设计。

技术领域

本发明涉及光子晶体技术领域，尤其涉及一种等离子体光子晶体结构设计方法、计算机设备及计算机可读存储介质。

背景技术

自从光子晶体的概念被提出，光子晶体由于其独有的特性而备受各方关注。光子晶体是指具有光子带隙(Photonic Band-Gap,简称PBG)特性的人造周期性电介质结构，而所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性电介质结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。光子晶体的特性主要包括：光子带隙特性、光子局域特性和光学特性。其中，光子带隙特性是最令人感兴趣的特性之一，禁带的出现依赖于以下几个因素：一是光子晶体的结构，二是介电常数的配比，三是光子晶体的几何构形。

等离子体光子晶体作为光子晶体的一个特殊分支，不仅具有一般光子晶体的物理性质(比如，对电磁波有禁带、通带等)，且由于受等离子体物理性质的影响，它还具有一些自己的特殊性质。在进行等离子体光子晶体设计与制作，确定其光子带隙时，由于等离子体光子晶体的光子带隙受光子晶体结构和等离子体等多个参数影响，如何同时对多个参数进行优化设计以满足光子带隙的要求，就变得十分困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种等离子体光子晶体结构光子带隙实现方法，以解决等离子体光子晶体光子带隙实现时的参数选取优化问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子体光子晶体结构设计方法，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。

优选地，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。

优选地，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。