文档介绍：华中师范大学
硕士学位论文
光波导计算中的时域有限差分法
姓名:黄重庆
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:张
果一致的结论,证明了法用于光场研究的可行陛和有效性。少一摘要计算方法。旧把带时间变量的⒎址匠套;2罘址匠汤辞导和渐变折射率波导的基模透呓啄的模场分布情况。峁砻髁街址椒ㄋ猛夹位尽ぶ拢ū炅縁法比矢量解其电磁场各分量。自从法创建以来,它主要被应用于研究一般的电磁波对各种物体的作用,而用于光场研究的报导还很少见。精确求解其电磁场边值问题能给光波器件性能的优化和设计提供理论用数值计算方法。其它数值计算方法都有各种各样的局限庇以满足要求,而对于结构复杂的波导则必须采用矢量ú拍艽时域有限差分ㄊ窃谑庇蛑星蠼獾绱懦〉摹V质导扑以前对光波导的研究—般是采用解析法,且局限于研究结构规则的波导器件,对于结构不规则的波导器件解析法则无能为力。随着光有限差分ň哂兄惫邸⒖旖荨⒊绦蚣虻ヒ庞谩⒔谑∧诖嫖窦算时间、所得数据和图象物理概念清晰等一系列优点。本论文将这种方法引入光波导中光场的计算,得到了与众多文献利用解析法所得结法更简单、方便,占用机时少,而矢量ㄔ蚋贰K苑波器件的发展,八十年代以来,出现了各种各样结构复杂的光波导,基础。由于任意光波导的复杂性,通常难以得到精确的解析解,需采论文首先分别用二维标量ê褪噶縁法分析了平面波析一般的平面波导和渐变折射率波导时只需用二维标量ň涂到精度要求。在使用矢量法时公式中出现了半网格步长,以前
且与解析法讨论的理论结果一致。这说明波导中的稳态场分布与激励来消除半网格步长、,本论文采用了平均化思想,不需移网格便可达到源的类型和分析方法均无关,只与波导本身的结构参数和光波波长有论文还周三维ǘ蕴跣尾ǖ蓟5某》植记榭鼋辛搜究,所得结果亦与解析分析法所得结论一致,进一步证实了时域有限的文献都是采用将半网格步长点的场值移到整数网格步长点上的方法消除半网格步长的目的。另外,在设置场源时,文中分别用了平面光差分ㄔ诠獠ǖ技扑阒械墓惴菏视眯浴关键词:光波导;时域有限差分法;模场分布;标量源、高斯光源、球面光源、庠础光源五种不同类型的光源作为激励,所得的光场分布图在光场传播达到稳定后完全相同,关。灰籥矢量。
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第一章概述论分析法㈣、有效折射率法‘⑽⑷欧ǘ“、变分法㈨、ɑ”§卜獠ǖ加爰扑惴椒ǖ墓叵法和相应砑茄兄菩缕骷挠辛ぞ撸梢员苊饧庸ず筒馐与目俱增。另外随着微波技术的发展,对微波和光波导器件性能的优电参量之间的关系进行详细的研究;同时,正确而有效的计算分析方上的浪费。因此,二十多年来,有大量文童采用不同的分析计算方法§獠ǖ嫉姆治龇椒ń传统的分析光波导器件的方法,如光线光学理论分析法、电磁理围内比较精确。而微扰法和变分法表达式较简单,计算简便山柚集成光学在光波导器件、微光学、光纤通信,光纤陀螺“,等领域的地位日益重要,尤其是年代末出现质子交换退火技术Ⅲ后,光波导的损耗大为降低,且兼有优质偏振器的功能,制作工艺简化,成本大幅度下降,用量猛增。人们对如何能准确计算光波导的性能的兴趣化和设计,必须首先从理论上对其传输特性、模场分布、几何参量、对各种不同的波导结构进行了理论分析。等各种解析分析方法均可近视地分析出光波导器件中的本征模式。其中应用较广的有效折射率法,
袖珍计算机进行范缺扔行д凵渎史ㄓ兴岣撸⑷欧ňǘ然以上各种方法均属于解析法,众所周知解析法只能求解少数规则的电磁问题。在现代电磁场工程中由于问题的复杂性,要求得封闭形式的解析解已经不可能,就是半解析的近似方法也只能在个别问题中得到有限的应用。其实电磁场ü獬的模场分布一类的问题,结果即可,即直观又具体。所以年代以来随着电子计算机技术的发,”、有限差分光束传输法⒌炔卧7治龇╫⋯、边棱元法等等。前面提到ǚ治龉獠ǖ计骷浼虮悖ǘ哉凵渎时浠隙杆蹇黾暗变化的器件,这些方法便显得无能为力了。等人用耦合模理论用性有限。为了很好地解决这一问题,人们基于发展方程的概念建立热恕在刑岢隽艘恢窒允镜牟罘指袷皆谄涤蚣扑阒锌梢越谑∈奔洹5题的研究,对处理结果缺乏物理解释,这在研究不连续波导床ǖ参数如折射率、波导尺寸等沿波传播方向有突变筒ǖ寄<だ如是不够高,而变分法计算繁难,计算工作量大。我们完全可以不用求解解析形式的表达式,而只需得到其分布的数值展,各种各样的数值计算方法应运而生。如有限元法【⒆郧⒊》╪阶模难以求得精确度高的解,特别是对于截断渐变折射率波导,在近截止区偏差较大””。对于诸如种髡庵止獯úシ较蛏洗嬖谡凵渎分析了种髦泄獾拇湮侍猗瑁唇鼋鍪嵌訷分支器而已,通了名为光束传输法,简