[發明專利]一種等離子體光子晶體結構設計方法

有效

• 申請號: 202110262623.6
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112926248B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 馮雪健;鄧浩川;滿良;霍超穎;韋笑;殷紅成
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06N3/006
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張莉瑜

本發明涉及一種等離子體光子晶體結構設計方法，包括：根據等離子體光子晶體結構的光子帶隙要求，構造相應的損失函數；構建等離子體光子晶體結構模型，確定等離子體光子晶體結構的各參數及對應的變化范圍，采用粒子群優化方法對各參數構成的參數向量進行初始化；將初始化結果代入到等離子體光子晶體結構模型對應的計算模型，利用時域有限差分方法進行透射系數的計算，得到相應的損失函數值；通過粒子群優化方法，迭代更新粒子的最優參數向量和種群最優參數向量；根據預先設定的迭代截止條件，結束粒子群優化方法的優化過程，確定滿足光子帶隙要求的等離子體光子晶體結構參數。本發明能夠快速實現等離子體光子晶體結構光子帶隙設計。

技術領域

本發明涉及光子晶體技術領域，尤其涉及一種等離子體光子晶體結構設計方法、計算機設備及計算機可讀存儲介質。

背景技術

自從光子晶體的概念被提出，光子晶體由于其獨有的特性而備受各方關注。光子晶體是指具有光子帶隙(Photonic?Band-Gap,簡稱PBG)特性的人造周期性電介質結構，而所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性電介質結構中傳播，即這種結構本身存在“禁帶”。光子晶體的特性主要包括：光子帶隙特性、光子局域特性和光學特性。其中，光子帶隙特性是最令人感興趣的特性之一，禁帶的出現依賴于以下幾個因素：一是光子晶體的結構，二是介電常數的配比，三是光子晶體的幾何構形。

等離子體光子晶體作為光子晶體的一個特殊分支，不僅具有一般光子晶體的物理性質(比如，對電磁波有禁帶、通帶等)，且由于受等離子體物理性質的影響，它還具有一些自己的特殊性質。在進行等離子體光子晶體設計與制作，確定其光子帶隙時，由于等離子體光子晶體的光子帶隙受光子晶體結構和等離子體等多個參數影響，如何同時對多個參數進行優化設計以滿足光子帶隙的要求，就變得十分困難。

發明內容

本發明的目的是針對上述至少一部分不足之處，提供一種等離子體光子晶體結構光子帶隙實現方法，以解決等離子體光子晶體光子帶隙實現時的參數選取優化問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種等離子體光子晶體結構設計方法，包括如下步驟：

S1、根據等離子體光子晶體結構的光子帶隙要求，構造相應的損失函數；

S2、構建等離子體光子晶體結構模型，確定等離子體光子晶體結構的各參數及對應的變化范圍，采用粒子群優化方法對各參數構成的參數向量進行初始化；

S3、將初始化結果代入到等離子體光子晶體結構模型對應的計算模型，利用時域有限差分方法進行透射系數的計算，得到相應的損失函數值；

S4、通過粒子群優化方法，迭代更新粒子的最優參數向量和種群最優參數向量；

S5、根據預先設定的迭代截止條件，結束粒子群優化方法的優化過程，確定滿足光子帶隙要求的等離子體光子晶體結構參數。

優選地，所述步驟S1中，構造損失函數時，若等離子體光子晶體結構的光子帶隙要求包括在(f₁～f₂)頻段范圍內，透射系數小于等于設定值C，則損失函數Cost的表達式為：

Cost＝max(Tc(f₁～f₂))≤C

其中，Tc表示透射系數，max(Tc(f₁～f₂))表示在(f₁～f₂)頻段范圍內的透射系數最大值。

優選地，所述步驟S2中，構建等離子體光子晶體結構模型時，等離子體與介質分層交替排列，總計M層，M為大于等于11小于20的奇數，兩側的外邊界層均為等離子體，入射波為平面波，從一側的外邊界層垂直入射，每層的等離子體或介質的厚度均為d。