二維FDTD集成光波導(dǎo)模擬及子域合成法研究.pdf

1、集成光學(xué)近年來(lái)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于光通訊為主的多個(gè)領(lǐng)域。光波導(dǎo)作為集成光學(xué)的主要組成部分，其局部性能指標(biāo)直接決定了集成光學(xué)整體器件的性能。在介質(zhì)吸收可忽略的情況下，光的傳播損耗是與光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的。由于光波導(dǎo)幾何結(jié)構(gòu)及材料選擇方面涉及參數(shù)比較多，實(shí)際制造時(shí)工藝復(fù)雜，小批量生產(chǎn)成本極高，因此不可能采用制造成品后再測(cè)量其實(shí)際各項(xiàng)性能指標(biāo)的方法優(yōu)化，而必須依靠計(jì)算機(jī)仿真完成初步優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文就軟件仿真方面進(jìn)行分析和討

2、論，介紹使用的算法及建模相關(guān)事宜。 時(shí)域有限差分法(Finite-DifferenceTime-DomainMethod)是近年來(lái)發(fā)展極快的一種電磁場(chǎng)計(jì)算方法，已在電磁輻射、散射、天線、微波與毫米波技術(shù)、光電子學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文介紹了FDTD方法的基本理論，包括建模，邊界條件，激勵(lì)源等等。并采用二維時(shí)域有限差分法(2D-FDTD)編寫(xiě)FORTRAN程序，對(duì)點(diǎn)源在自由空間的輻射，平行介質(zhì)波導(dǎo)方向耦合器和四分之一圓弧彎曲波

3、導(dǎo)進(jìn)行了仿真分析，分析了仿真圖樣的光強(qiáng)分布，給出了其中一些影響參數(shù)。 本文還提出了一種新的建模方法：子域合成法。該方法為具有特定形狀的仿真對(duì)象量體裁衣，用一系列矩形子區(qū)域?qū)⑵溥m當(dāng)覆蓋，然后在組合而成的多邊形FDTD區(qū)域邊界相應(yīng)設(shè)置多個(gè)吸收邊界與吸收角點(diǎn)，從而構(gòu)成由多子域合成的計(jì)算域。將子域合成法應(yīng)用于光波導(dǎo)的計(jì)算機(jī)仿真中，并對(duì)彎曲波導(dǎo)進(jìn)行了數(shù)值模擬以考查其損耗狀況。結(jié)果顯示該方法可以有效節(jié)省硬件資源與計(jì)算時(shí)間，對(duì)于提高FDTD較