分支光波導數(shù)值模擬.pdf

1、隨著集成光學技術的發(fā)展,諸多具有不同結構,功能各異的光波導器件應運而生.單純通過實驗來設計光波導器件是很費時費力的,通過計算機輔助設計的手段,對光波導器件進行預設計,不但可以克服以上困難,同時能直觀完備地反映光波導器件的特性,準確快速地達到預期的設計要求.于是出現(xiàn)了用數(shù)值分析方法來分析集成光波導.其中,光束傳播法就是分析光波導器件的一種好方法.本文對二維有限差分光束傳播法(FD-BPM)建立了理論模型.在此模型的基礎上,我們分析了光波導

2、中光場的傳輸特性,并對影響其傳播的因素進行了詳細的分析和討論,并將計算結果和有關文獻報道的結果進行了對比研究.首先,我們簡單介紹了光波導理論:平板光波導的波動方程及分支光波導的制備.然后我們在Maxwell方程的基礎上,根據(jù)慢包絡近似理論,在折射率截面為n(x,z)的條件下,利用有限差分近似來代替偏微分方程,推出了有限差分光束傳播法計算所需要的公式.因為我們所能模擬的空間是有界情況,所以我們需要建立一種人為的邊界條件來模擬無界的情況.這

3、里我們介紹了透明邊界條件.接著我們建立了FD-BPM在分析分支光波導器件時所需的理論模型.并利用計算機模擬出了脊形波導、Y形分支波導、多分支波導及X形分支波導的光場傳播圖.然后我們詳細分析了影響光場傳輸和BPM計算精度的因素.例如:Y分支的夾角對Y型分支波導光傳輸效率的影響,參考折射率的選擇、計算窗口的大小、格點間距值、折射率差的變化對BPM計算精度的影響.結果表明,利用FD-BPM方法對折射率變化不大的器件進行模擬,其結果是精確的.為