6、光子学应用中MATLAB的结果处理

光子学应用中MATLAB的结果处理

1. 引言

在光子学领域，处理和分析高度专业化软件得到的结果是一项重要工作。MATLAB及其开源类似工具为此提供了强大而灵活的手段。下面将介绍用于计算光子晶体特性的免费、开源以及共享软件，还会详细阐述如何处理这些软件得到的结果，涵盖平面数据、三维和多维数据的处理，以及如何合并多个文件的数据和创建动画等内容。

2. 光子晶体建模软件简介

光子晶体是具有周期性折射率调制的光学介质，光在其中的行为类似于电子在原子结构中的行为，其主要特性是光子带隙（PBG），类似于半导体材料中的电子带隙。根据几何特性，光子晶体可分为1D、2D和3D等类别，还可根据晶格类型、是否存在PBG等进一步细分。

目前有多种方法用于建模光子晶体特性，如解析法（仅适用于1D光子晶体）、有限差分时域法（FDTD）、有限元法（FEM）、平面波展开法（PWE）等，这些方法各有优缺点，计算时间和精度不同，且在不同软件中实现。

2.1 免费和开源软件

• MPB ：MIT Photonic Bands（MPB）软件是强大的免费工具，用PWE方法计算不同配置光子晶体的本征态。不过，它运行包含结构和计算条件详细描述的脚本文件，对用户在固态物理方面的技能要求高，计算简单情况也可能成为编程难题。程序结果输出到控制台，需使用文件输出，场分布以HDF5格式输出，简单分析、近似和修饰需借助MATLAB等额外软件。
• MEEP ：Meep（或MEEP）是MIT开发的免费有限差分时域（FDTD）模拟软件包，可成功计算线性或非线性材料制成