平面光波导器件时域有限差分束传输法分析中边界和初始条件的处理

从慢变包络(SVEA)时域光传输方程出发,对比了综合道格拉斯(GD)和传统的中心差分(CN)两种离散化格式,指出GD法比CN法精度有了很大提高 重点讨论了GD法的TD BPM边界处理问题,给出了吸收边界和透明边界离散的显式和隐式表达式,分析并确定了交替方向隐式法(ADIM)的边界处理方式;同时,对激励源加入的连接边界进行了仔细讨论 结果表明对于隐式GD TD BPM法边界处理应采用隐式。

一种简化的分析光纤布拉格光栅的时域有限差分束传输法

提出了一种便于分析光纤布拉格光栅(FBG)、基于强制边界条件的简化TD FD BPM模型.采用交替隐式法(ADIM)和综合道格拉斯(GD)法,离散化时域束传输方程,获得比普通差分格式低二阶的误差。提出并采用强制边界条件,简化了光波导分析中边界处理问题.重点讨论和确定了在此条件下激励源位置、脉冲形状和径向分布函数、连续波激励条件等.在修正的正弦脉冲激励情况下,通过离散傅利叶变换,直接得到较为理想的短FBG反射谱.此法可减少数值计算时间,直观反映光脉冲传输.

多模光纤光栅中新型的光波传输分析法

提出一种新型的分析多模光纤光栅的准三维时域有限差分束传播法(Q-3D-FDTD-BPM).在圆柱坐标系下将场在角向分量的解析式分离出来,使三维方程变为若干个二维方程求解,从而简化了三维离散化方程.同时使用综合道格拉斯(GD)法和交替隐向迭代法(ADIM),获得比中心差分算子高两个数量级的空间离散精度.然后根据场强加权转换方案,加权综合各子方程解,从而得到多模光纤中三维场解.基于这种方法,模拟多模光纤光栅中场分布,得到与实验结果多模式特性基本一致的光栅传输光谱图.

改进的三维全矢量有限差分虚位移束传播法

提出了一种改进的三维全矢量有限差分虚位移束传播法,用以分析光波导承载的全矢量本征模．在纵向(z向)离散上,第一个子步采用半矢量公式,而第二个子步采用全矢量公式,但交叉项双倍计算．每个横向电场分量在两个子步中的次序交换,交叉项用隐式形式表示,计算效率高且稳定．在横向(x和y向)离散上,基于多项式插值法,建立了一种统一的差分格式,考虑了电场法向分量在芯包分界处的不连续性,可应用于均匀和非均匀网格,差分系数引入了更多邻近节点的折射率分布,且交叉项采用六点差分格式,计算精度高,程序通用性强．首先分析了高折射率分布差的矩形、GaAs/GaAlAs双异质结脊形光波导,给出了全矢量基模及次高阶模(矩形波导)的电场分布及其归一化传播常数,揭示了全矢量本征模的混合特性,验证了该方法的有效性．接着分析了InP基InGaAsP/ InGaAsP应变多量子阱脊形光波导,考虑了深刻蚀和浅刻蚀两种情形,讨论了其全矢量基模的模式特性,为设计以此为基础的光子集成回路奠定基础．

平面锥形光波导模斑转换器的研究

基于三维有限差分束传输法 (FD BPM)对平面光波导器件中的关键元件之一———平面锥形模斑转换器作了深入的研究 .对线性和数种非线性侧面边界的模斑转换器进行了数值仿真和对比 ,分析了平面锥形模斑转换器侧面边界函数对耦合损耗的影响 ,以及模斑转换器中模场分布随传输距离的变化 .确定了不同长度的平面锥形模斑转换器的最佳侧面边界 ,指出长度在 2 0 0～1 0 0 0 μm范围内具有余弦边界的平面锥形模斑转换器性能最佳 .并且发现 ,光纤中的出射光进入模斑转换器以后 ,光波模式会逐渐发生变化 。

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。

一种频变传输线系统电磁脉冲响应的数值算法

在传输线系统电磁脉冲(EMP)响应的精确计算中,通常必须将端接负载的频变效应考虑在内,为此提出了一种端接频变负载传输线系统电磁脉冲响应的数值算法.首先,应用矢量网络分析仪或阻抗分析仪测试或计算得到端接频变负载电路的幅频特性和相频特性;然后,应用矢量匹配(VF)法对幅频特性和相频特性进行拟合,得到一系列极点、留数和常数项;最后,结合拟合得到的数据,应用时域有限差分(FDTD)法建立端接频变负载传输线系统的数值模型,并应用到分段线性递归卷积技术以提高卷积计算效率.所提算法具有较高的计算效率和精度,可应用于多种端接频变负载传输线系统电磁脉冲响应计算.

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。

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。

有机聚合物非对称弯波导分析与优化

以缩短有机聚合物马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导长度为目的,针对正弦弯非对称脊形波导进行研究,利用全矢量有限差分光束传输分析方法,系统地分析了不同参数下正弦弯非对称脊形波导的传输损耗,并得出优化的结构参数:脊宽w=4μm、分支高度h=11μm、脊形波导弯外侧芯层平板宽度s=2μm,弯波导长度L=300μm。研究表明,在相同传输损耗条件下,分支波导长度可以减少40%,该结果对有机聚合物M-Z调制器中光波导的设计具有一定的参考价值。

2bit光波导模数转换器的模拟设计

采用有限差分束传输法对2bit集成光学模数(A/D)转换器的波导结构进行了模拟分析与设计,采用保角变换方法对M Z调制器的电极参数进行分析与设计,得到优化参数为:带宽Δf=1.3GHz,半波电压Vπ=4V,传输损耗为0.0172dB/cm。