论文部分内容阅读
随着集成光学技术的发展,诸多具有不同结构,功能各异的光波导器件应运而生。单纯通过实验来设计光波导器件是很费时费力的,通过计算机辅助设计的手段,对光波导器件进行预设计,不但可以克服以上困难,同时能直观完备地反映光波导器件的特性,准确快速地达到预期的设计要求。于是出现了用数值分析方法来分析集成光波导。其中,光束传播法就是分析光波导器件的一种好方法。 本文对二维有限差分光束传播法(FD-BPM)建立了理论模型。在此模型的基础上,我们分析了光波导中光场的传输特性,并对影响其传播的因素进行了详细的分析和讨论,并将计算结果和有关文献报道的结果进行了对比研究。 首先,我们简单介绍了光波导理论:平板光波导的波动方程及分支光波导的制备。然后我们在Maxwell方程的基础上,根据慢包络近似理论,在折射率截面为n(x,z)的条件下,利用有限差分近似来代替偏微分方程,推出了有限差分光束传播法计算所需要的公式。因为我们所能模拟的空间是有界情况,所以我们需要建立一种人为的边界条件来模拟无界的情况。这里我们介绍了透明边界条件。接着我们建立了FD-BPM在分析分支光波导器件时所需的理论模型。并利用计算机模拟出了脊形波导、Y形分支波导、多分支波导及X形分支波导的光场传播图。然后我们详细分析了影响光场传输和BPM计算精度的因素。例如:Y分支的夹角对Y型分支波导光传输效率的影响,参考折射率的选择、计算窗口的大小、格点间距值、折射率差的变化对BPM计算精度的影响。 结果表明,利用FD-BPM方法对折射率变化不大的器件进行模拟,其结果是精确的。为我们进一步分析光波导器件特性打下了良好基础。