為了能夠在實(shí)驗(yàn)室中制備出光子晶體，我們首先要對(duì)不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)禁帶進(jìn)行模擬計(jì)算?，F(xiàn)有的理論計(jì)算方法一般采用平面波法（Plane Wave Method）、轉(zhuǎn)移矩陣法(Transfer Matrix Techniques)、有域差分法(Diffraction Grating Mathod)、超原胞方法(Supercell Method)等等。

平面波法——這是傳統(tǒng)的計(jì)算電子能量近代的方法，它可以直接給出光子禁帶結(jié)構(gòu)。其基本的思想就是：將電磁波和隨空間變化的介電常數(shù)得到數(shù)在倒格矢空間以平面波的形式疊加展開(kāi)，于是將麥克斯韋方程組化成一個(gè)本征方程。求解它的本征值便得到了傳播的光子的本征頻率。由于這種方法需要先用Bloch定律確定本征值，所以當(dāng)材料的折射率分布的周期性保持比較好時(shí)，這種方法還是很有效的。但是在一些復(fù)雜的體系中，如有缺陷的時(shí)候，需要大量的平面波，而這可能因?yàn)橛?jì)算能力的限制難以得到是準(zhǔn)確解釋，甚至因?yàn)樵谡归_(kāi)中出現(xiàn)發(fā)散而得不到解。1990年，光子晶體的研究才剛剛起步，美國(guó)埃荷花大學(xué)的何啟明領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組首次成功地預(yù)言了在一種具有金剛石結(jié)構(gòu)的三維光子晶體中存在完整的光子禁帶。他們當(dāng)時(shí)采用的理論計(jì)算方法就是平面波展開(kāi)。

轉(zhuǎn)移矩陣方法——將是空間分割成許多格點(diǎn)（一維模型則為層），通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣表示一個(gè)格點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)和周期相鄰格點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系，這樣可以利用麥克斯韋方程組將電磁場(chǎng)從一個(gè)初始位置外推到整個(gè)光子晶體空間。于是，解麥克斯韋方程組變成了求解本征值的問(wèn)題。這種方法對(duì)各種各樣的一維體系，尤其是介電常數(shù)隨頻率變化的結(jié)構(gòu)特別有效，度非常好，并且可以同時(shí)計(jì)算色散曲線、投射率和反射率。所計(jì)算的結(jié)果可以直接和實(shí)驗(yàn)相比較。但是用這種方法計(jì)算光子禁帶的結(jié)構(gòu)就比較困難。

有域差分法——這是電磁場(chǎng)計(jì)算中用得比較多的方法。以差分的方式代替麥克斯韋方程中的微分項(xiàng)，然后以網(wǎng)格的方式代替將要考察的空間范圍，當(dāng)初始條件和邊界條件給定時(shí)，電磁波在空間的傳播的過(guò)程就直接給出來(lái)了。采用這種方法，其計(jì)算量只與體系的大小有關(guān)，而與體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否周期性等無(wú)關(guān)，通過(guò)模擬每個(gè)時(shí)刻空間的電場(chǎng)分布，理論上我們可以得到一切有關(guān)電磁波在介質(zhì)中的傳播信息。

超原胞方法——這種方法是特別用來(lái)計(jì)算在周期性被破壞或者有“缺陷”的區(qū)域中引入的“雜質(zhì)態(tài)”的。但是和平面波方法一樣，當(dāng)周期性被破壞得很厲害時(shí)，這個(gè)方法變得很不可靠。

以上就是計(jì)算光子晶體所用到的基本方法，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)光子晶體理論性的研究已經(jīng)相當(dāng)熱門(mén)。一些研究小組根據(jù)自己的需要開(kāi)發(fā)了許多專門(mén)的應(yīng)用軟件來(lái)研究計(jì)算光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，并且一些小組將這些軟件共享在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。