分支光波導(dǎo)數(shù)值模擬.pdf

1、隨著集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展,諸多具有不同結(jié)構(gòu),功能各異的光波導(dǎo)器件應(yīng)運(yùn)而生.單純通過實(shí)驗(yàn)來設(shè)計(jì)光波導(dǎo)器件是很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的,通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的手段,對(duì)光波導(dǎo)器件進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì),不但可以克服以上困難,同時(shí)能直觀完備地反映光波導(dǎo)器件的特性,準(zhǔn)確快速地達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求.于是出現(xiàn)了用數(shù)值分析方法來分析集成光波導(dǎo).其中,光束傳播法就是分析光波導(dǎo)器件的一種好方法.本文對(duì)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(chǔ)上,我們分析了光波導(dǎo)

2、中光場的傳輸特性,并對(duì)影響其傳播的因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論,并將計(jì)算結(jié)果和有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究.首先,我們簡單介紹了光波導(dǎo)理論:平板光波導(dǎo)的波動(dòng)方程及分支光波導(dǎo)的制備.然后我們?cè)贛axwell方程的基礎(chǔ)上,根據(jù)慢包絡(luò)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(jì)算所需要的公式.因?yàn)槲覀兯苣M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(dǎo)器件時(shí)所需的理論模型.并利用計(jì)算機(jī)模擬出了脊形波導(dǎo)、Y形分支波導(dǎo)、多分支波導(dǎo)及X形分支波導(dǎo)的光場傳播圖.然后我們?cè)敿?xì)分析了影響光場傳輸和BPM計(jì)算精度的因素.例如:Y分支的夾角對(duì)Y型分支波導(dǎo)光傳輸效率的影響,參考折射率的選擇、計(jì)算窗口的大小、格點(diǎn)間距值、折射率差的變化對(duì)BPM計(jì)算精度的影響.結(jié)果表明,利用FD-BPM方法對(duì)折射率變化不大的器件進(jìn)行模擬,其結(jié)果是精確的.為