一維光波導(dǎo)中的光束傳播研究.pdf

1、近年來隨著社會的高度信息化,信息通訊技術(shù)進(jìn)入了一個高速發(fā)展階段,很多新的設(shè)想、理論和器件設(shè)計被大量的提出并逐步加以實(shí)現(xiàn),與之相伴隨的是對各種相關(guān)設(shè)備、器件的理論分析、數(shù)值模擬和計算方法提出了越來越高的要求。
　　 光束傳播方法(BPM)由于在模擬一些特殊波導(dǎo)方面的獨(dú)特優(yōu)勢,而具有相當(dāng)大的實(shí)用價值并被廣泛使用于光束傳播問題。人們又在日?？蒲性O(shè)計中根據(jù)不同的需要,又在光束傳播方法中結(jié)合了不同的數(shù)值計算方法,其中比較常用的有傅里葉變換

2、光束傳播法(FFT-BPM),有限元光束傳播法(FE-BPM),有限差分光束傳播法(FD-BPM)等。每一種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),適用范圍和局限性。由于光束傳播法是在有限區(qū)域里模擬光場在集成器件上的分布,所以在計算過程中需要對邊界進(jìn)行處理。
　　 本文中介紹了幾種常用的邊界條件:透明邊界條件、吸收邊界條件和理想匹配層吸收邊界條件。理想匹配層吸收邊界條件是吸收邊界條件中最常用的一種。我們在本文中通過對一維高斯光束的傳播模擬,比

3、較了透明邊界條件和理想匹配層邊界條件。透明邊界條件對于小角度入射的光束有較好的吸收效果,但是對于大角度的入射光,在邊界處仍然會發(fā)生反射；而理想匹配層吸收邊界條件,無論光束入射角度多大,都能很好的吸收掉入射到邊界上的光,不會對計算域造成反射。
　　 本文中采用有限差分方法來模擬光波導(dǎo)中的導(dǎo)模以及導(dǎo)模在其中的傳播情況。對于折射率突變型和折射率漸變型的一維平板波導(dǎo),用有限差分方法和虛距離方法相結(jié)合,得到了他們的導(dǎo)模。然后,我們又將這種

4、方法應(yīng)用于三維波導(dǎo)的本征模式求解中,模擬了SU-8聚合物脊形波導(dǎo)和slot型三維波導(dǎo)的準(zhǔn)TE和準(zhǔn)TM本征模式。
　　 隨后,我們模擬和比較了一維波導(dǎo)中的導(dǎo)模傳播和高斯光束在其中傳播的情況,主要模擬了兩種類型的平板波導(dǎo):折射率突變型和折射率漸變型波導(dǎo)。波導(dǎo)中導(dǎo)模的傳播損耗很小,傳播很長距離后光束形狀大小基本不變；而高斯光束在波導(dǎo)中傳播一段距離后,形狀會發(fā)生變化。導(dǎo)模在波導(dǎo)中傳播的重疊積分誤差比高斯光束在波導(dǎo)中傳播的重疊積分誤差小四