最近在跑MPB程序，把一些心得体会写下来。如果你对这个领域的知识和程序感兴趣，可以发电子邮件到：ghxandsky@gmail.com

a. 如果你喜欢物理，特别是固体物理，又喜欢光学，特别是光子晶体，但是你不熟悉计算机，甚至不知道GNU/Linux和*BSD为何物或者没有安装此系统， 这没关系，先搜索这方面的资料，强化UNIX风格操作系统的基本命令，这个软件将会很适合你。如果有时间，了解一下Scheme，这个语言很大用途，特别 是构建科学计算程序。

b.如果你喜欢计算机，喜欢自由/开源软件，你的机器已经安装了GNU/Linux或者*BSD系统，那么你可以快 速“预览”这个软件，不过，“预览”过后，如果你依然想把源代码洞察清楚，请翻看关于电动力学和固体物理的书籍，甚至还要了解量子力学的内容。如果你只是 从事互联网和计算机行业，这个程序“预览”在此文就为止了，珍惜时间，把精力放在更专注的领域。

c.如果你来自生物信息或者其他搞模拟计算领域的，或许MPB软件的设计“哲学”可以帮助你设计一些高性能计算程序。

d.如果你对以上abc都不“感冒”，纯粹看图片可以了，窥探一下。

以上是我一点心得，但愿可以给读者思想准备。

MPB 全称是MIT Photonic Bands，顾名思义，是MIT科研人员开发的一套关于光子晶体能带结构计算工具，之所以冠名“光子”，因为计算的目的就是为了让普通光源（激光）发出光 能量通过这些“猜想”结构的晶体，使到某些频谱范围的受到限制，就是“禁带”。利用禁带的现象，可以制作光学滤波器，商业化后可以安装在光纤网络交换机 中，提高光通滤波效率能耗，提升性能价格比，促进大规模应用，提高互联网基础设施的带宽，彻底改变“龟速”状况，提高广大人民群众互联网生活的幸福感，构 建和谐社会（小星越吹越远了.^_^.）。说明一个问题，其实物理学研究和广大人民群众是息息相关。

这里说明我的工作平台：硬件 Intel P4 2.8Mhz(HT)、i865G、DDR 1G、Geforece 6800GT 256RAM（原本买来打游戏的，现在却用来搞可视化）、SATAII 500G；软件平台Debian GNU/Linux Lenny 5.05(32bit) ，only use stable ，具体基础软件版本参看debian.org。总的来说：没有钱买新机器，Debian稳定易用。

安装软件环境：

sudo apt-get install mpb h5utils qtiplot nlpot

这里，安装程序自动关联libctl、fftw和guile。

说明一下程序的基本功能：

a.Guile(GPL) 是GNU工程一个项目，主要提供GNU/Linux系统的语言扩展，暂时发现支持C和Scheme（没有深入挖掘），我们知道C语言很快，Scheme脚 本语言很灵活，可不可以把两者结合？对！Guile可以满足你需求，用C语言写核心程序，Scheme写原始数据脚本和递归控制流程，当然，混合编程是一 个很深的学问，慢慢学习（我曾经想过使用Guile对GSL的封装，可惜已经有别人做了，而且公开了，我思想落伍了）。

b.mpb(GPL)提供能带计算的平面波展开法，包含麦克斯韦方程组的变换展开。详细见源代码。

c.h5utils(GPL)是一个可视化的组件，提供生成二维图和三维可视化文件，.v5d和.vtk，可以分别使用vis5d和paraview软件，具体这些程序哪里下载和安装，请自行搜索或者Email我。

d.qtiplot(GPL)，Qt界面的绘图软件，功能齐全。

e.libctl(GPL)是一个关于常用晶体格子的函数库，提供晶格和格点的“描述”，向上支持调用，典型的软件有MPB和MEEP。

f.fftw是广泛使用的离散傅立叶变换库之一，类似有GSL，LAPACK和私有的Intel MKL等。

要注意的是，以上软件使用GNU GPL自由软件协议发行。好的，现在默认你已经安装了以上软件。如果不能很好安装或者想使用最新版本，请到MPB官方网站 下载对应软件的最新版本，按照安装提示自行解压安装。

现在要运行测试了，假设目录位置为mpb/，则编写以下文件：

main.ctl 和 run.sh

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;-------main.ctl-------------





(set! num-bands 8)


;这里设置八个带，是每一个k点计算带的个数





(set! geometry-lattice (make lattice (size 1 1 no-size)


                         (basis1 (/ (sqrt 3) 2) 0.5)


                         (basis2 (/ (sqrt 3) 2) -0.5)))


;这里设置晶格的组成结构，晶格基矢为(1 1 no-size)，因为是平面的原因


;这里是元包的两个基矢，注意语法








(set! geometry (list (make cylinder


                       (center 0 0 0) (radius 0.2) (height infinity)


                       (material (make dielectric (epsilon 12))))))


;设置格点位置放置的晶系，有方格，球，椭圆，圆柱，锥体，台体


;这里设置圆柱，中心(0 0 0)，半径0.2，高为无穷大，绝缘介质中，介电常数e=12


;具体的设置见官方文档





(set! k-points (list (vector3 0 0 0)          ; Gamma


                     (vector3 0 0.5 0)        ; M


                     (vector3 (/ -3) (/ 3) 0) ; K


                     (vector3 0 0 0)))        ; Gamma


;设置布里渊区倒空间的k点模样，由于是三角格子，倒空间也是三角格子，


;注意对称性的关系可以减少范围





(set! k-points (interpolate 4 k-points))


;设置k点，使每个k点间隔4个点内差值细分





(set! resolution 32)


;设置分辨率，也就是精确度





(run-tm (output-at-kpoint (vector3 (/ -3) (/ 3) 0)


                          fix-efield-phase output-efield-z))


;计算TM模式在矢量方向的数值


(run-te)


;计算TE模式

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#!/bin/bash





mpb main.ctl >& main.out


h5topng -S 3 epsilon.h5


h5tov5d epsilon.h5


h5tovtk epsilon.h5





mpb-data -r -m 3 -n 32 epsilon.h5


h5ls epsilon.h5





h5topng epsilon.h5:data-new


h5tov5d epsilon.h5:data-new





grep Gap main.out


grep tmfreqs main.out > main.tm.dat


grep tefreqs main.out > main.te.dat