光束傳輸法模擬磁光材料光波導(dǎo).pdf

1、隨著集成光波導(dǎo)技術(shù)的不斷發(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。其中，利用磁性材料的磁光效應(yīng)制成的磁光波導(dǎo)器件，如磁光開(kāi)關(guān)、光隔離器等，被越來(lái)越多地應(yīng)用在光纖通信等領(lǐng)域。通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值分析的方法對(duì)光波導(dǎo)器件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，可以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，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和物力。本文利用光束傳輸法模擬了光在磁光材料集成光波導(dǎo)中的傳輸過(guò)程，針對(duì)光在磁光波導(dǎo)中的模耦合問(wèn)題，提出了一種新的解決辦法。

2、
　　本文首先介紹了集成光學(xué)的發(fā)展歷程，以及國(guó)際上對(duì)磁光波導(dǎo)的研究動(dòng)態(tài)，包括材料及理論進(jìn)展。然后，對(duì)光束傳輸法的發(fā)展進(jìn)程及分類加以介紹，并介紹了光束傳輸法的基本計(jì)算思路、邊界條件的處理及三對(duì)角矩陣的快速求解方法。
　　本文的重點(diǎn)以Maxwell方程為基礎(chǔ)，提出了三維全矢量耦合波方程。利用無(wú)條件穩(wěn)定的Crank-Nicholson差分格式對(duì)方程離散化求解，保證了差分格式的收斂，從而保證了數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性。對(duì)交替方向隱式法和透明

3、邊界條件加以改進(jìn)，大大提高了計(jì)算速度，節(jié)省了計(jì)算機(jī)資源，使求解更加穩(wěn)定，最終得出了三維全矢量有限差分光束傳輸法的算法和半矢量有限差分光束傳輸法算法。
　　本文分別對(duì)磁光材料模轉(zhuǎn)換器及光開(kāi)光進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。在模轉(zhuǎn)換器的模擬中，以半矢量有限差分光束傳輸法算法為基礎(chǔ)，光在波導(dǎo)中傳輸了約6800m后，TE模和TM模達(dá)到了約99％以上的能量轉(zhuǎn)換，與理論相符，算法的精度及穩(wěn)定性得到證明。在磁光開(kāi)關(guān)的模擬中，以全矢量有限差分光束傳輸法算法為基礎(chǔ)。