正方形光學微腔模式的FDTD計算.pdf

1、隨著信息技術的不斷發(fā)展，半導體激光器的應用越來越廣。而半導體激光器結構中的重要一部為光學諧振腔。光學微腔以其獨特的性質——形狀直接影響和決定著光場分布，受到人們的越來越多的關注。它在光學濾波器、光波分復用器、光開關、光調制及非線性頻率轉換器等得到了廣泛的運用。
　　 本文主要研究及仿真了正方形光學微腔的模式特性。通過時域有限差分方法討論、分析及導出了光學微腔的模式公式：將麥克斯韋微分方程離散化，場空間沿著三個軸向分成多個網(wǎng)格空間

2、，得到有限差分形式的場方程。其中網(wǎng)格剖分是FDTD方法的關鍵問題。然而任何腔體的邊界都不是完美的，引入的完全吸收邊界條件正好彌補了此缺點。時域有限差分方法得到的信號是時域的，而諧振腔的重要參數(shù)一般是在頻域里計算，則引用了中間橋梁-傅立葉變換把時域信號轉變成頻域信號的集合。為了獲得數(shù)值結果的準確性，得到理論支持，用馬卡梯里近似解法討論了二維正方形微腔模式的解析解，獲得了腔體的光場分布，并加以討論得出計算模式的本征方程及與傳播常數(shù)之間應滿足

3、的關系式。運用全波仿真軟件的時域有限差分法模擬出了正方形光學微腔的橫模圖及縱模圖，從而分析了正方形光學微腔的模式特性，得到了較高的品質因子。然而，想要得到光滑而分辨率高的頻譜圖，需注意FDTD輸出選項的FFT最大冪指數(shù)及FFT最小冪指數(shù)選項，須為2的指數(shù)倍才可出現(xiàn)我們所需的光滑頻譜圖。紅綠斑點回音壁模式的交替出現(xiàn)并隨階數(shù)的增高逐漸模糊的情況來看，正方形光學微腔在低階模的應用較好，隨階數(shù)的增高其性能會減退。比較了數(shù)值模擬與解析結果，發(fā)現(xiàn)結