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7 000 μm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.     

一种有效的三维光波导传输模式的数值计算方法

研究了一种有效的三维光波导传输模式本征值和本征向量的数值计算方法--反向迭代法,并用matlab语言实现了该数值计算方法对三维光波导基模和高阶模的求解. 本文所研究的反向迭代法是反幂法的一种改进形式.先从反向迭代法的基本数学原理入手,分析了反向迭代法的数值计算过程,以及收敛性和稳定性的判断.接下来,用波动光学的方法分析了三维波导的传输模式,得到了直角坐标下的亥姆霍兹方程,并对亥姆霍兹方程做了离散化处理.然后,将反向迭代法用于该方程的数值求解过程,并得到了三维波导所有可能的传播模式.由于该数值计算过程是直接对三维波导的亥姆霍兹方程进行处理,因此它对任意结构的三维波导都是适用的.通过对不同结构波导的计算表明反向迭代算法是一种处理三维光波导本征值与本征向量有效的计算方法,它不仅能求解三维光波导基模模式,而且也能较容易地搜索到高阶模模式,而这是其它数值计算方法很难办到的. 最后,为了验证所求传输模式数值解的正确性,用FDTD(时域有限差分)算法模拟了这些传输模式在三维光波导的传播过程.通过对输入场和传播过程中不同位置场分布的比较,结果表明该算法具有比较理想的精度.(PD8)     

梯形截面介质光波导的模方程

本文简化了有效折射率法和WKB法对梯形截面介质光波导传输特性的分析过程,给出了计算E_(mn)~X模有效折射率的近似模方程,并用数值计算结果和实验结果检验了该模方程的精度。     

抛物界面光波导的模吸收损耗

用微分法由抛物界面光波导的近似模方程导出模吸收损耗系数的表达式,并结合计算实例进行了误差分析。     

二次多项折射率光波导的近似本征模场

对任意折射率分布的非对称平面光波导,用W、K、B、方法推导了近似本征模场表示式和模方程。对二次多项式折射率平面光波导导出了模式场和模方程的显式表示。此近似解较作者以前给出的用抛物柱形函数表示的精确解简单,便于计算.数值计算表     

分析介质光波导传播特性的Cole—Hopf变换法

采用Cole-Hopf变换法，将平板光波导导模所满足的二阶常微分方程（Helmholtz方程）变换成一阶常微分方程（Riccati方程），用较简单且有效的方法分析导模的特性。给出了多层阶跃型及渐变型平板波导导模的精确解析解和数值解法及实例；给出了非线性平板波导传播特性的数值计算法及实例。     

金属包层五层介质光波导的模吸收损耗

本文通过求解Helmholtz方程得到金属包层五层介质光波导TE和TM模的场分布方程和特征方程,并以空气/Au/SiO_2/GaAs/AlGaAs五层MOS光波导为例在复平面内数值求解了复特征方程,给出了TE和TM模的吸收损耗的数值结果,讨论了某些波导结构参量对模吸收损耗特性的影响。     

1/ch~2界面介质光波导的模吸收损耗

运用微分法由1/ch~2界面介质光波导的近似模方程导出了模吸收损耗系数的公式,并结合计算实例进行了误差分析。     

计算光波导模场和传播常数的数值方法

我们采用数值稳定的积分法解出任意折射率光波导的标量波动方程,并通过选代法确定模场和相应的传播常数。给出了基于已知不同制造技术的各种波导的结果,并推荐了一种新的灵敏的集成光开关结构。     

一维光子晶体慢光波导的FDTD研究

设计了一种新型一维光子晶体慢光波导结构。在常规波导一侧进行了特殊的设计,使波导具有周期性结构,从而具有特殊的色散关系,获得慢光效应。基于麦克斯韦方程利用平面波展开法对光子晶体慢光波导的色散关系进行了分析,获得了波导模以及相应的慢光频率。并利用时域有限差分法（FDTD）对脉冲在波导的传播进行了时域上的模拟,对慢光效应进行验证。     

短波天波反射/地波绕射组合新传播模式及其可能应用

把电离层反射传播模式和地波绕射传播模式组合成新的传播模式.对这一新传播模式的构建形式、新模式的路径损耗因子、频域多普勒谱特性、工作频率特性等传播特性以及它的可能应用进行了研究.以天波/地波集成体制超视距雷达系统作为一种应用,导出了其雷达方程、定位方程和信息处理过程模型.具体的算例表明,该雷达体制有好的可行性.     

The wave propagation and mode coupling in warm ionosphere

The wave propagation in warm ionosphere is studied in both homogeneous and inhomogeneous ionosphere. When the temperature of electrons are taken into account, the plasma wave is a propagating wave. The dispersion relation of waves in warm ionosphere has been derived. It is an algebric equation which is analogue to the Appleton-Hartree equation, but in higher order. In a stratified warm ionosphere, the equation forq (Booker’sq) is an algebric equation. Both of these equations are used in study of the wave propagation in the ionosphere by means of ray tracing method. The wave mode linking in homogeneous ionosphere and mode coupling in stratified ionosphere are studied. The mode coupling between plasma wave and electromagnetic wave is discussed through the discussion of singularity of the wave equation. The wave fiold near the wave transformation region can be found out by solving the wave equation near the singularity. The justification of study mode conversion by ray tracing is explained. The results could be useful in the study of wavo absorption process and radio heating experiments in the ionospheres.     

对称三层平面光波导模式方程的分析

曲折光线法和解波动方程是分析平面光波导的基本方法。若将两者有效的结合．则分析问题会十分简便。本文首先用解波动方程的方法求出非对称波导的模式方程，然后结合曲折光线法得出的模式方程导出对称波导的模式方程。最后用图解法求出模式方程的数值解。     

Ag-coated Long-period Fiber Grating

Based on coupled-mode theory, the eigenvalue equation of five-layered long-period fiber grating （LPFG） sensor with Ag film and gas-sensitive film overlays are firstly studied. The problem of resolving complex eigenvalue equation on five-layered LPFG is analyzed, and the method of resolution is also given. Then the eigenvalue equation of three-layered metal cladding LPFG is analyzed, and the complex transcendental equation is also discussed. The computing result shows that the coupling between the low order EH modes and the core mode is much stronger than that between the low-order HE modes and the core mode.     

InGaAsP/InP平面条形双异质结激光器结构参数对阈值电流密度的影响

平面条形双异质结激光器的模式和阈值电流特性可以用两维波导模型来分析.本文从解场方程出发,求出波导的模式.并从模式宽度与增益之间的关系,以及阈值条件,求出阈值电流密度相应于各种参数,特别是相应于有源层厚度和条宽的解析表式达.     

阵列波导光栅中自由传播区模式的有效折射率

针对阵列波导光栅设计中自由传播区模式有效折射率的确定问题,提出了一种采用加权等效模式折射率作为自由传播区模式有效折射率的方法。通过引入慢变包络近似条件并采用吸收边界条件的一阶Galerkin有限元法,给出了阵列波导光栅自由传播区仅含有磁场分量的全矢量波动方程组。在此基础上,基于三维全矢量束传播法对自由传播区光场进行了模式分析,并结合导模传输分析法,推导给出了加权等效模式折射率的表达式,为阵列波导光栅设计中自由传播区模式折射率的确定提供了一个理论依据。     

单模光纤中PMD的动力学方程与几何模型

文章从产生偏振模色散（PMD）的机理出发，对单模光纤中PMD的动力学方程及其几何模型进行了研究。     

光子晶体光纤的Galerkin算法

光子晶体光纤(PCF)是由石英和空气孔构成的二维周期性介电常数分布的微结构光纤，人们已经提出了一些理论方法用于其模式特征的研究。以全反射光子晶体光纤为例。将其折射率结构分解为一个纯粹的中心缺陷结构和一个完美二维光子晶体的叠加，并分别选取厄米-高斯函数和余弦函数对其周期性折射率展开；同时将横向电场分布的x，y分量用正交归一化厄米-高斯(Hermite-Gauss)函数展开。从电磁场的波动方程出发，忽略横向电场之间的耦合。根据折射率和电场的展开式。得到关于各展开系数的矩阵和模式的特征方程。特征方程中涉及的各矩阵元素都可以利用厄米-高斯函数的正交归一化性质及其他一些恒等式解析求得。求解该特征方程，可得到光子晶体光纤的传播常数和模场分布。利用此算法，可以进一步研究光子晶体光纤的模式特性、色散特性、偏振特性等。     

基于电流纹波率反激式变压器导通模式的分析

提出了利用电流纹波率设计反激式变压器和判别其导通模式的方法,用该方法导出了反激式变压器从CCM进入DCM模式的数学式,用MATLAB计算并分析了输入电压、负载电流及反射电压对导通模式的影响。设计了一款反激式开关稳压电源,测量了变压器的电流波形。实验表明,测量结果与推导的数学式相符,用电流纹波率设计反激式变压器比传统的波形系数更直观和便于测量。