基于变量变换伽辽金法光波导半矢量分析

基于变量变换伽辽金法(VTGM),建立了半矢量分析光波导本征值问题的数理模型;获得了矩形光波导、脊形光波导的本征模的模场分布及归一化传播常数,计算结果和已发表的结果非常接近.半矢量VTGM采用平面映射边界条件,避免了边界截断,又能反映模场的偏振特性,是一种较为理想的光子器件分析方法.

基于复模式匹配的半矢量硅基光波导模式求解方法

提出了一种基于半矢量复模式匹配方法的类矩形波导模式求解方法,利用一维复模式求解和复模式匹配方法,求解包括矩形波导在内的任何类矩形波导的电磁场分布和有效折射率。首先在波导一个维度进行差分离散,得到一维复模式分布,在另一个维度利用波导的边界条件和电磁场在波导内的奇偶分布特性得到解析关系,最后通过求解特征矩阵得到类矩形波导中电磁场的分布。与传统方法相比,利用复模式匹配方法求解类矩形波导中的模场具有计算精度高,适用范围广等优点。

半矢量模式求解在光波导弯曲损耗计算中的应用

以柱坐标下的半矢量波动方程为基础,采用基于完美匹配层(PML)边界条件的有限差分方法,对弯曲波导进行模式求解,进而得到波导弯曲引起的辐射损耗。基于计算得到的直弯波导的模场分布,采用二维重叠积分法计算了两者连接时的过渡损耗。计算结果与已有实验结果符合较好。采用该方法,研究了SOI脊型波导的弯曲损耗与波导结构参数之间的关系,并对直弯波导的连接进行了优化。

半透明云风矢量高度算法中代表运动像元的使用

半透明云风矢量高度指定是卫星风矢量算法的重要部分,需要使用来自半透明云体的辐射和云下背景辐射两个变量。为了更精确地获得来自半透明云体的辐射,采用像元对追踪相关系数的贡献和红外亮温两个变量进行统计分析,将追踪图像块中的像元分为3个部分:小贡献像元、暖区段大贡献像元和冷区段大贡献像元;对暖区段、冷区段内大贡献像元的特征进行考察表明,冷区段的大贡献像元更能代表追踪图像块运动,称为代表运动像元。选择代表运动像元参与计算来自半透明云体的辐射,对半透明云风矢量高度指定算法进行改进,在该算法中分别使用和不使用代表运动像元,计算FY-2气象卫星风矢量,将结果与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)分析场进行对比表明,在半透明云高度指定算法中使用代表运动像元,FY-2气象卫星风矢量误差明显降低。

半透明云风矢量高度算法中云下背景辐射的估计

半透明云风矢量高度指定是卫星风矢量算法的重要部分,需要来自半透明云体的辐射和云下背景辐射两个变量。云下背景辐射发生在云层下面,未被卫星直接观测到,为了在半透明云风矢量高度指定算法中更精确地获得云下背景辐射,使用风矢量附近无云区的红外/水汽散点图,估计云下背景辐射。分析表明:在追踪区域里存在无云区的情况下,追踪区的最高红外亮温可代表红外通道的背景辐射;而水汽通道的背景辐射,却在红外亮温高值区段内水汽亮温相对较低区段。追踪区内找不到无云区时应扩大搜索范围,找到无云区后可估计云下背景辐射。在半透明云风矢量高度指定算法中使用云下背景辐射估计的改进算法前后,计算FY-2气象卫星进行风矢量,并将结果与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)分析场进行对比表明,在半透明风矢量高度指定算法中使用云下背景辐射估计,FY-2气象卫星风矢量误差明显降低。

一种快速的半像素运动矢量搜索算法

提出了一种基于梯度预测的快速半像素运动矢量搜索算法。实验结果表明,在H.263编码器中使用该算法的运算量,比在相同量化阶下的半像素运动矢量搜索算法下降45%,并且图像的PSNR和码率变化很小。该算法可以很容易地应用到H.264的1/4像素运动矢量搜索中。

基于准地转垂直运动方程对Q矢量的进一步探讨

Q矢量是诊断大气大尺度垂直运动的重要物理量.在f平面近似下,从原始运动方程组出发可以推导出Q矢量以及相关的半地转Q矢量、非地转Q矢量和湿Q矢量等表达式,但这种传统的推导方法没有考虑大气准地转运动的属性.本文利用数学物理变换,直接从准地转"方程出发推导出Q矢量及其相关表达式,从而克服了传统方法在大气准地转运动属性表达方面的缺陷,并进一步讨论了传统方法在Q矢量相关表达式推导和物理意义表达方面的不足.

双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器研究

利用半矢量有限差分法设计了具有低折射率双芯的光子晶体光纤宽带定向耦合器,并数值计算了双芯光子晶体光纤的结构参量对耦合性能的影响.数值结果表明,通过优化选取光子晶体光纤包层结构参量和纤芯掺杂浓度,双芯光子晶体光纤耦合器可以实现宽带耦合.在1.22～1.65μm波长范围内其耦合长度稳定在26637nm±235nm范围内,耦合器设计成耦合比为50%和10%,分别实现了耦合比为(50±0.702)%和(10±0.664)%的良好特性.

爱因斯坦的数学信仰

爱因斯坦的科学经历铸就了他的数学信仰以及相应的方法论,广义相对论的成功使这种数学信仰得到强化,并使他在引入半矢量研究狄拉克方程过程中误入歧途。爱因斯坦的数学信仰过分夸大了纯数学方法揭示自然本体的作用。

聚合物脊波导偏振特性

以有机聚合物脊波导为研究对象,采用半矢量有限差分光束传输法,系统地分析了不同脊高、脊宽和芯层厚度条件下对称脊波导的偏振特性,并在此基础上分析了非对称脊波导的偏振特性,研究了平板芯层短边宽度对偏振特性的影响。结果表明:非对称脊波导结构的引入对偏振特性影响较小,其双折射随平板芯层短边宽度的减小而减小。当脊高为1.3μm、平板芯层短边宽度为2.0μm时,非对称脊波导双折射能控制在可接受范围。

基于自聚焦平板波导的新型AWG理论研究

研究一种基于自聚焦平板波导的新型直波导阵列波导光栅(AWG)。介绍了自聚焦平板波导的结构:用几何光学法分析其光学特性,提出了二维半矢量有限差分光束传输法(SV FD-BPM)模拟光束在0.5节距自聚焦平板波导中先发散后会聚的传输过程,并介绍了这种基于自聚焦平板波导的直波导 AWG 的工作原理;最后设计了一个1×8的新型直波导 AWG 并用2D SV FD-BPM 对其进行了模拟,模拟结果显示该1×8的新型AWG 可以实现信道间隔为3.2 nm 的解复用功能。

基于3D-VTGM-SBPM平行定向耦合器模拟研究

提出基于变量变换伽辽金法的三维半矢量束传播法(3D-VTGM-SBPM),可直接应用于三维光波导器件的光波传输模拟.采用适当的变量变换,将三维半矢量BPM基本方程归结为一阶常微分方程组,避免了非物理反射且能反映模场的偏振特性,成功的分析了基于脊形光波导的平行定向耦合器的光波传输特性.

A QUASI-REFINED ITERATIVE ALGORITHM BASED ON THE LANCZOS BIORTHOGONALIZATION PROCEDURE FOR LARGE EIGENPROBLEMS

The two-sided Lanczos method is popular for computing a few selected eigentriplets of large non-Hermitian matrices. However, it has been revealed that the Ritz vectors gained by this method may not converge even if the subspaces are good enough and the associated eigenvalues converge. In order to remedy this drawback, a novel method is proposed which is based on the refined strategy, the quasi-refined idea and the Lanczos biothogonalization procedure, the resulting algorithm is presented. The relationship between the new method and the classical oblique projection technique is also established. We report some numerical experiments and compare the new algorithm with the conventional one, the results show that the former is often more powerful than the latter.

条形半导体激光器光束质量因子M^2的理论计算

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布 ,再通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩理论 ,通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发散角和M2 因子。讨论了波导结构参量变化对M2 因子的影响 ,并对两种波导结构光束的性质与波导参量的关系进行了比较。

短长度的双椭圆纤芯光子晶体光纤偏振分束器

基于双折射效应设计了一种新型的双椭圆纤芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器,通过在每个纤芯处引入一对大空气孔和一对小空气孔来构成椭圆纤芯。采用全矢量有限元法(FEM)和半矢量光束传播法数值模拟偏振分束器的性能,结果表明,在工作波长1.55μm处,光纤长度为544μm时,X、Y方向偏振光可实现分离,且消光比达到-43.75dB,消光比小于-10dB的带宽为80nm。这为设计具有高消光比和极短长度的双芯光子晶体光纤偏振分束器提供了一种新的结构。

有机聚合物非对称脊波导单模条件分析

以有机聚合物非对称脊波导为研究对象,采用半矢量有限差分光束传输法(FD-BPM),系统地分析了不同脊高、脊宽和芯层平板短侧宽度条件下非对称脊形波导的基模截止和单模条件。得出:在芯层高度一定的情况下,基模截止区域和单模区域均随脊高或脊宽的缩小而增大,单模区域随脊形波导芯层平板短侧宽度s的减小而减小;其尺寸以选择芯层厚度h≥1.5μm,脊高(H-h)≤0.4μm,脊宽4μm≤w≤8μm,芯层平板短侧宽度s=2μm较佳。研究表明,非对称脊波导单模条件区域仍能满足实际应用要求。

基于非对称脊波导的多种聚合物弯波导性能分析

以缩短马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导为目的,将有机聚合物非对称结构的脊波导应用于S弯波导中。采用半矢量有限差分光束传输分析法,系统地分析了不同参数下采用非对称脊波导的三种常见弯波导,即正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导的TM00光场传输损耗,并与采用对称脊波导的结构相比较。研究表明,在芯层厚度h=1.5μm、脊高为0.3μm、脊宽w=4μm、分支高度G=11μm的情况下,当脊波导短边芯层平板宽度s≥2μm时,在相同传输损耗条件下,正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导长度分别可减少40%、30%和25%,该结果对有机聚合物M-Z调制器中分支波导的设计具有一定的参考价值。