一种快速高效二维时域有限元束传播法

提出并建立了一种新型的快速分析平面光波光路器件传输特性的2D时域有限元束传播法(FE-TD-BPM)模型.与常规时域差分格式的有限元束传播法相比,在时域实现了一维有限元(FEM)离散化处理,基于完全匹配层(PML)边界条件给出了全有限元离散化模型.为了验证算法的精度以及速度,模拟分析了直脊波导以及波导光栅,并且与已有文献的计算结果进行比较,结果表明,该算法无条件稳定、计算速度快,与常规时域差分格式的有限元束传播法相差在0.002%以内,并节省了约70%的机时.

基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗,设计了4种过渡波导形状函数,用有限差分光束传播法(FD BPM)进行了模拟分析,发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件关系,并给出了条件表达式和详细说明.

基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗,设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD BPM)进行了模拟分析,发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关,并给出了条件表达式及其详细说明。

有限元光束传输法分析锥形线性波导

文章介绍了有限元光束传输法(FE BPM)和完美匹配层法的结合,并用该法分析了不同折射率比和仰角的锥形线性波导,说明了这种方法的有效性和实用性.

基于Douglas and ADIM and Peaceman-rachford方案的光束传播法

Douglas and ADIM and Peaceman-rachford方案可应用于变系数的光束传播分析,该方案保持差分方程的3对角线性体系的同时,使截断误差减小到Δ4.用多种方案计算阶跃光纤中LP01模传输的模不匹配损耗LM,证实了本方案具有很多优点,具有较好的精确性和稳定性.

室内无线传播中一种混合建模方法的改进

改进了一种基于射线跟踪法和时域有限差分法的混合方法,并用于室内无线传播的数值建模研究.推导了用于混合方法的完美匹配层(PML)吸收边界条件的有限差分公式,给出了对比结果.计算结果的图像显示,可以达到15%改善,并获得更准确的传播预测.

以改进的混合方法预测室外到室内的电波传播

采用了理想匹配吸收层技术改进了了基于衍射几何射线法(GTD)与时域有限差分法(FDTD)的混合方法,改进后的方法使计算结果比基于Mur吸收边界条件的混合法更精确更具有稳定性。该方法可作为一种移动通信系统设计方法的新选择;利用该方法研究了由室外到室内的电波传播预测,给出了计算结果和传播规律性。

修正的光束传输法在阵列波导光栅中的应用

以亥姆赫兹方程为基础,对传统的有限差分光束传播法进行修正,提出一种修正后的新算法,将修正后的算法与传统算法进行了比较,并给出了用其计算阵列波导光栅中的传输光场的应用结果.通过比较计算结果和应用结果得出结论:修正后的算法可以准确计算光波场,并提高了计算精确度,有一定实用价值.

有限元-人工透射方法对Y分叉波导的计算

提出了一种新的基于有限元和光束传播法的方法,计算和设计了二维光波导,得到此种光波导的功率传输率为52.8%,所得结果与其他文献报道结果能很好得吻合.

高压开关柜局部放电TEV信号传播衰减特性

高灵敏度状态感知是实现设备数字化运维的关键环节,也是实现设备状态分析与全生命周期管理的重要前提。局部放电暂态地电压(transient earth voltage,TEV)检测是实现开关柜绝缘状态感知的主要手段,其检测灵敏度受到放电类型与部位、检测位置的影响,目前缺乏系统研究。文中建立基于实测脉冲电流波形的时域有限差分法的电磁波仿真模型;分析局部放电脉冲电流波形上升沿时间、放电源位置及脉冲电流方向等因素对TEV幅值与衰减程度的影响;在实验室开展开关柜局部放电试验与TEV测量,得到影响TEV检测灵敏度的主要因素。结果表明,脉冲电流上升沿时间与放电源位置是影响开关柜局部放电信号幅值的主要因素。脉冲电流上升沿时间越长,TEV信号幅值越小,当2种脉冲电流波形上升沿时间相差10倍时,TEV幅值相差3.17~3.37倍;母排室局部放电的TEV衰减程度明显大于电缆室,前者衰减程度约为后者的9.5~10.0倍。该结论对检验TEV检测灵敏度具有参考价值。

一种修正的有限差分光束传播方法

对传统的有限差分光束传播法(FD-BPM)进行修正,通过对亥姆赫兹方程进行更准确的推导展开,提出一种修正后的新算法,并将新算法和传统算法应用于平板波导的计算实例,最后通过计算用来衡量算法精度的参量以及计算所花费的总体时间,将新算法与传统算法进行比较,验证了新算法在精度上有所提高,而计算时间并没有受到影响,有一定的实用价值。

低速流场中的声传播模拟

为了研究流噪声的产生机理,且考虑介质粘性和流场对声传播的影响,采用分解法对低速流场中的声传播进行数值模拟.基于非结构化网格,采用有限体积法对时域上低速流的声传播问题进行研究.把可压缩N-S方程分解成不可压N-S方程和声扰动方程,并采用SIMPLE算法来求解声扰动方程,吸收边界采用DRP(保持色散关系)无反射边界.对流场低马赫数声传播过程的模拟显示,数值计算结果与声学理论预测符合良好,证明了该方法的正确性,为复杂流动的声传播以及流噪声的计算模拟奠定了基础.

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.

基于有限元的平面光波导粘接热应力分析

基于有限元理论对阵列光纤和波导芯片粘接情况进行了建模与仿真,分析了在温度变化下不同粘接区域厚度的热应力和微位移的产生和分布,结果表明粘接界面的边缘区域对温度变化最敏感.根据光弹效应定性分析了粘接区域的应力双折射,并利用光束传播法计算了由此微位移所导致的光功率损耗,结果表明若以附加损耗小于0.15dB的标准考察,则必须要求粘胶厚度的理论值在16μm以内.总结了温度变化和在相同条件下不同粘胶厚度对平面光波导封装性能的影响规律.

一种掺铒光波导放大器的频谱数值分析方法

提出了一种基于Douglas离散格式的有限差光束传播法的数值计算方法.采用该方法对实验中所获得的吸收光谱和激发光谱进行Lorentzian叠加拟合,并结合多能级速率方程计算出掺铒光波导放大器(EDWA)中光的场传输强度分布,从而得到掺铒光波导放大器的增益和吸收频谱特性.数值分析结果表明,选用泵浦光波长为980nm的泵浦光源比1480nm的可以获得更大的泵浦效率,同时合理增加EDWA的泵浦长度和掺杂离子数密度可以获得更大的信号增益.由于考虑了协同上转换和交叉弛豫效应,该算法能够对高掺杂的EDWA进行较宽频谱的分析.

光学仿真算法的CAD系统实现

随着光电子集成和各种平面波导器件的集成度、复杂度越来越高以及光器件的结构越来越精密,用解析的方法对器件进行分析和设计已经无法实现。为实现光学器件的良好设计,以有限差分光束传播法(FD-BPM)为仿真算法开发了光学芯片仿真软件,实现了光波导器件的模拟仿真。由该仿真结果与Matlab仿真结果的对比可知,该仿真软件能达到显示波导状态的基本要求。

Yb:YVO_4晶体波导传播特性研究

为研究飞秒激光直写Yb：YVO4晶体波导传播特性,采用Rsoft模拟软件和有限差分光束传播方法,对波导与材料的折射率差、波导尺寸等参量进行优化。得到当波导与材料的折射率差范围为0.015-0.0365,波导宽度范围为2-3μm、波导深度范围为3-10μm时,光在波导内只以基模形式传播,且光在波导内的近场光强分布稳定,散射损耗低,模式转换损耗消失。实验结果表明,通过控制波导参量可有效降低光在波导内的传播损耗并提高近场光强分布的稳定性,能够为飞秒激光微加工Yb：YVO4晶体波导及其激光器设计提供一定的理论依据。

磁光波导模式转换器的优化算法和模拟

利用有限差分法对一种三维磁光波导模式转换器进行了数学模拟。差分方程采用标量耦合波方程,差分过程中利用交替方向隐式法将一个步长分成两步计算,加入透明边界条件,交换方程顺序,化简方程为三对角方程,利用追赶法求解,大大提高了计算效率。光在波导中传输7000μm后,TE模和TM模达到90%能量转换,总能量保持不变,模拟结果与理论相符。

光学芯片FD-BPM算法的系统实现

随着光电子集成和各种平面波导器件的集成度和复杂度越来越高,光器件的结构越来越精密,光学芯片仿真设计软件变得越来越重要。该文介绍了自行开发的光学芯片仿真软件的模拟仿真模块的实现过程,这一仿真过程是利用有限差分光速传输法算法来实现的。最后还给出了软件对光波导器件进行仿真所得到的结果。

应用变换极坐标系光束传播法研究二维圆弧波导传播特性

演绎了新式步长设置的极坐标系傍轴有限差分光束传播法(FD-BPM)理论,提出一种变换极坐标系FD-BPM思想,使精度更高,计算和分析更简便。基于这些工作,对严格圆弧形二维波导的传输特性进行了综合分析,指出光波在具有相同物理特性、不同曲率半径的波导中传输时,其导模能量与输入能量的比值存在一个极限值,不同波长的光在相同物理结构的波导中传输时,短波比长波更易于形成稳定的导模且损耗小。对S形和C形弯曲的波导计算分析发现:切变损耗的存在使S形波导比相同参数的C形波导导光性能更差,但随着曲率半径的增大,这一差距逐渐缩小,同时指出了不同曲率半径的波导相互连接呈S形或C形时的一些传输规律。对透明边界条件(TBC)对于极坐标FD-BPM的适用性做了分析讨论,认为TBC在应用傍轴极坐标系FD-BPM分析严格圆弧形二维波导时是普遍适用的,不存在反射干扰。