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。     

Optimization of 16×0.8 nm Si-based SiO_2 Arrayed Waveguide Grating

对设计的折射率差为0.75%的16×0.8nm硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG),围绕插损和串扰问题,采用广角有限差分束传播方法(FD BPM)进行了数值模拟和优化。通过优化在输入波导、阵列波导的喇叭口,得到了插损为1.5dB、串扰为-48dB的AWG,优化后的指标已达到商用要求。     

基于非理想克尔介质的弧形波导全光开关

本文用有限差分光束传播法（FD－BPM）模拟并给出了基于理想克尔介质的弧形波导全光开关的开关特性曲线,分析了克尔介质中的非克尔非线性效应。用FD－BPM就非线性饱和以及背景吸收对弧形波导全光开关特性的影响进行了模拟,模拟结果表明,背景吸收和非线性饱和会减少弧形波导全光开关的开关次数,增加弧形波导全光开关的开关功率,导致全光开关的开关特性恶化。     

弯曲波导中基于PML边界条件的柱坐标广角BPM

给出了基于完美匹配层边界条件(PML—BC)的柱坐标广角波束传播方法(BPM)。用(2，2)阶Pade近似的广角BPM对光在弯曲波导中的传输特性进行了计算和分析，获得了比近轴BPM更精确的结果。采用了PML—BC，减小了边界反射，获得了比透明边界条件(TBC)更好的结果。     

1．3μm直条形吸收区超辐射发光管的复折射率矢量束传播方法模拟

束传播方法广泛的应用于无源波导器件的模拟与设计．为了能够模拟有源器件，例如金属包层波导和超辐射发光二极管（ＳＬＤ），我们将复折射率引入其中，器件的增益和吸收通过折射率的虚部来描述．用复折射率的有限差分矢量束传播方法，我们对１．３μｍ直条形吸收区ＳＬＤ进行了模拟与设计，并且给出一种新结构．     

基于混合整数线性规划的八阵图不可能差分分析

八阵图(ESF)是基于LBlock改进的轻量级分组密码，具有优良的软硬件实现效率。针对ESF算法的安全性，该文借助自动化搜索工具，利用不可能差分分析方法，对算法进行安全性评估。首先结合ESF的结构特性和S盒的差分传播特性，建立了基于混合整数线性规划(MILP)的不可能差分搜索模型；其次利用算法S盒的差分传播特性和密钥扩展算法中轮子密钥间的相互关系，基于一条9轮不可能差分区分器，通过向前扩展2轮向后扩展4轮，实现了对ESF算法的15轮密钥恢复攻击。分析结果表明，该攻击的数据复杂度和时间复杂度分别为2^60.16和2^67.44，均得到有效降低，且足够抵抗不可能差分分析。     

波导调制器模拟设计的改进

波导调制器是一种重要的集成光学器件。在有限差分光束传播法(FD BPM)的基本原理上,利用广义道格拉斯(GD)差分格式,结合非均匀网格法,对M Z结构的LiNbO3调制器进行了模拟优化设计,获得了调制器的最佳尺寸为Y分支角α=0.8°、波导宽度W=6μm、波导间距G=25μm。通过与传统的Crank Nicholson(CN)差分格式的对比表明,同样条件下,该法比CN差分格式精度高62.5%,其计算时间仅为CN差分格式的40%。     

单向激励源在TD-BPM中的应用

把单向激励源应用到隐式时域光束传播方法(TD- BPM)中,结合交替方向隐式方法(ADIM)及Grank- Nicho-son差分原理,给出了单向激励源在隐式TD- BPM中的具体实现方法.通过该方法可以方便地得到各种有反射结构的反射场和总场,在模拟计算不连续界面的反射、透射问题中有重要的作用.通过几个基本问题得到了该方法的各种计算结果,验证了该方法的有效性     

ADI-MRTD算法的数值色散性分析

针对传统的时域多分辨分析(MRTD)方法的稳定性不足问题,讨论了一种将交替方向隐式技术(ADI)与MRTD算法相结合的交替方向隐式时域多分辨分析算法(ADI-MRTD)。导出了基于Daubechies小波尺度函数的ADI-MRTD算法的差分公式和色散性方程,同时证明了其仍然满足无条件稳定方程。并讨论了空间步长、时间步长和电磁波传播方向等因素对ADI-MRTD算法的数值色散影响。结果表明:ADI-MRTD算法的数值色散特性优于传统的时域有限差分(FDTD)算法。     

预测室内电波传播的混合方法

射线跟踪(RT)算法与时域有限差分(FDTD)法是对室内无线电波传播进行研究的有力工具。大多文献对此作有详细的探讨,而对于两者结合而形成的混合法则很少提及。本文对基于混合法的室内传播预测进行了详细的讨论,计算结果表明了该方法的有效性和准确性。     

分步Padé抛物方程的傅里叶变换解法研究

分步Padé抛物方程(Split-Step PadéParabolic Equation,SSP-PE)是一种宽角近轴近似方法,可以精确计算传播角较大的电波传播.由于非均匀大气的折射效应的限制,SSP-PE难于利用傅里叶变换算法求解.因此,SSP-PE通常采用有限差分算法.但在计算雷达散射截面和城市小区短距电波传播的过程中,一般可以忽略大气的折射效应.不考虑大气折射,论文推导了SSP-PE的傅里叶变换解法.与有限差分算法相比,傅里叶变换解的计算效率更高.给出了理想导电边界条件下的数值算例,并比较了几何光学法和SSP-PE的计算结果,证明了傅里叶变换解的正确性.     

BPM方法在SOI结构中的应用

采用交错隐式算子分裂(ADI)算法,设计、实现了一种高速、高精度的波束传播方法(BPM )来模拟SOI波导中不同偏振态的光传输,研究了PML边界层的选取对虚传播计算基模和基模传播常数的影响,给出了大光腔SOI波导结构不同偏振的基模传播常数.     

BPM方法在SOI结构中的应用

采用交错隐式算子分裂(ADI)算法,设计、实现了一种高速、高精度的波束传播方法(BPM )来模拟SOI波导中不同偏振态的光传输,研究了PML边界层的选取对虚传播计算基模和基模传播常数的影响,给出了大光腔SOI波导结构不同偏振的基模传播常数.     

加速并行时域有限差分仿真的新方法

为了加速并行时域有限差分仿真,提出了基于单指令多数据流式扩展(SSE)的一种新的加速方法,在Intel T2300的PC机上实现了对并行时域有限差分仿真的加速,给出了基于消息传递接口(MPI)、OpenMP和SSE指令集的三级数据并行算法。为了验证该算法的加速效率,计算了自由空间中电磁波的辐射问题,得到的加速比为2.62。实验结果表明:这种加速技术无需任何额外的硬件投资就能在很大程度上提高计算效率。     

基于稀释波导的InP衬底上高耦合效率、低偏振敏感度1.55μm波长光纤-波导耦合器

研究了一种用于边入射型探测器的InP基高效光纤-波导耦合器.它由10个周期的未掺杂120nm InP/80nm InGaAsP(1.05μm带隙)多层膜组成的稀释波导构成.采用半矢量三维束传播(BPM)方法以及中心差分格式,模拟了不同条件下的光纤-波导耦合效率,从而得到了最优耦合条件.对于TE偏振和TM偏振模,计算所得到的最高耦合效率分别为94%和92%.同时,计算表明,此类基于稀释波导的光纤-波导耦合器具有高偏振不敏感性,偏振敏感度低于0.1dB.     

基于稀释波导的InP衬底上高耦合效率、低偏振敏感度1.55μm波长光纤-波导耦合器

研究了一种用于边入射型探测器的InP基高效光纤-波导耦合器.它由10个周期的未掺杂120nm InP/80nm InGaAsP(1.05μm带隙)多层膜组成的稀释波导构成.采用半矢量三维束传播(BPM)方法以及中心差分格式,模拟了不同条件下的光纤-波导耦合效率,从而得到了最优耦合条件.对于TE偏振和TM偏振模,计算所得到的最高耦合效率分别为94%和92%.同时,计算表明,此类基于稀释波导的光纤-波导耦合器具有高偏振不敏感性,偏振敏感度低于0.1dB.     

基于光学偏置的聚合物电光调制器研究

分析了两种使Mach-Zehnder调制器实现光学偏置的方法,即路径非对称和折射率非对称的波导设计.采用有限差分束传播法(FD-BPM)对两种基于光学偏置的Mach-Zehnder型电光调制器进行了模拟仿真研究,仿真结果显示两种光学偏置方法均实现了在转换函数的线性区域建立工作点的目标,并且分别得到了26 dB和23 d...     

波导中入射脉冲的重建

本文用时域有限差分算法给出了波导中入射场的重建方法，研究了波导中脉冲传播的吸收边界条件。用本文的方法，只要测量出波导出口面上任一位置的场随时间的变化曲线，即可实现入射场的精确重建。     

一种改进的有限差分光束传输法

改进了传统的有限差分光束传播法(FF-BPM)，实现了一种新的基于近似传播常数的FD-BPM。该算法与传统方法相比，无论是在计算精度、收敛速度，还是在计算稳定性方面都得到了有效的提高；在传统解析求解方法失效的情况下，该方法在求解复杂折射率分布光波导的传播常数也具有较高的理论参考价值。     

基于非零散度关系的交替方向隐式减缩FDTD算法

该文证明了即使在无源区域,交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)所给出的电磁场量不满足零散度关系,同时推导出了该散度关系的具体表达式。基于该非零散度关系,将不受Courant稳定条件限制的ADI-FDTD法和能节约最多达1/3内存的减缩时域有限差分(R-FDTD)法结合,提出了一种新的交替方向隐式减缩FDTD算法。该算法保留了ADI-FDTD能增大时间步长,缩短计算时间的优点,同时与ADI-FDTD相比节约了最多达1/3(三维)或2/5(二维)的内存。与基于零散度关系的ADI/R-FDTD相比,该算法避免了采用长时间步长计算时的发散现象。应用所提出的ADI/R-FDTD算法计算了二维自由空间波的传播及一维频率选择表面垂直入射的问题,计算结果与ADI-FDTD计算结果完全一致,验证了ADI/R-FDTD的正确性和有效性。