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时域有限差分方法(FDTD)在电磁场数值模拟领域正受到越来越多的注意。它直接在时域求解离散化了的麦克斯韦方程组,能模拟任意几何形状的结构;它的另外一个优点是可以通过脉冲输入响应的傅立叶变换,一次计算出包含很大频率范围的结果。最近几十年的发展和计算机技术的突飞猛进更为它处理很多实际问题打下了坚实的基础。 本文将时域有限差分方法用于光子晶体传输特性理论研究,分别用Fortran和Visual C++完成了二维方型、三角型光子晶体的计算程序。最后,根据光子晶体的标度不变性特征,在微波频段制作了二维方型光子晶体,并测量了透射谱。实验结果与理论结果取得了一致。 对应于一定的入射方向,给出了光子晶体的透射率和反射率频率分布;并依据此透射率频率分布,直观地给出了不同频率段(禁带中和禁带外)的光在光子晶体中的电场分布情况;当在光子晶体中存在波导和微腔时,给出了微腔共振频率的位置和光从微腔中耦合进波导的时间演化过程;计算结果表明:光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律,也有定向耦合的功能,进一步的研究表明:对于不同的频率,光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的,并且耦合系数和对应的频率之间是近似直线关系;模拟显示:将两个具有不同耦合长度的光子晶体波导定向耦合器顺序集成在一起,可以组成一个三波长的分/合频器;另外,还给出了光子晶体波导中的能流密度矢量图。