通过拓扑优化设计具有完全带隙的光子材料

摘要： 光子材料可能表现出完全禁止电磁波传播的特性。为实现横磁（TM）和横电（TE）模式的完全光子带隙（CPBG），源自结构设计的双向进化结构优化（BESO）方法被扩展应用于此目的。该优化问题通过最大化TM和TE模式复波矢量最小虚部来构建。根据灵敏度分析，逐步调整光子材料原胞内的材料分布以扩大波矢量的最小虚部。由此在目标频率处获得特定频率的完全光子带隙，并实现具有新颖拓扑构型的光子材料优化结构。数值算例表明，所提出的拓扑优化方法能有效开启不同指定频率的完全光子带隙，这对控制任意偏振电磁波的传播具有重要意义。