双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

传输线方程的高精度龙格−库塔数值求解方法

提出了一种求解传输线方程的高精度龙格-库塔(RK)方法。此方法在空间上采取高阶泰勒展开,提高了对空间微分的近似精度,减少了数值色散所带来的误差。与传统的时域有限差分法(FDTD)方法相比,在每波长采样数相同时,RK方法的计算精度更高。同时,根据Taylor模型,对外界平面波激励源进行离散,成功利用RK方法对外部场激励传输线进行求解,扩大了龙格-库塔方法在求解传输线方程时的应用范围。通过编程对平面波辐照下无限大地平面上的单导体与双导体的算例分别应用FDTD方法与RK方法进行了计算,验证了RK方法的正确性。结果表明同等计算条件下RK方法的计算精度更高。     

喇叭型开口光子晶体波导的传输谱研究

设计一种喇叭型开口二维光子晶体波导,利用时域有限差分法计算波导传输谱图。模拟结果表明：通过改变开口处光子晶体椭圆点缺陷的结构,传输谱图中将出现相应变化的缺陷模,可用于实现频率可调的窄带光子晶体滤波器。     

平面光波导光场分布的有限时域差分法计算

用有限时域差分法计算了简单三层对称平面光波导中的光场,得到了任意截面上光场的分布.这一方法的优点在于它能完全模拟波导中光场的时域特性,使波导中的光传播完全可视化,模拟横向传播,提取光在波导中的传输模式,也可用于有源波导的计算如光波导放大器.有限时域差分法直接求解依赖时间的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似,把旋度方程中的微分符直接转换为差分形式.每一步计算都无须作矩阵求逆运算,因此,比其他数值计算方法更有效、精度更高.     

大带隙的二维各向异性椭圆介质柱光子晶体

用平面波展开方法及时域有限差分法计算了各向异性介质材料碲形成的椭圆柱光子晶体的带隙结构.计算表明,选取适当的椭圆长短轴以及晶格常数可以形成约0.051ωe(ωe=2πcLy,Ly为沿长轴的晶格常数)的大带隙,而且在高能区域也出现了一个小的禁带.分析表明,该光子晶体大禁带对工艺上可能引起的轴长及晶格常数的偏离具有很好的稳定性. 关键词： 光子晶体 各向异性 平面波展开方法 时域有限差分法     

耦合广义非线性薛定谔方程的相互作用表象龙格库塔算法及其误差分析

本文通过表象变换, 将耦合广义非线性薛定谔方程 (C-GNLSE) 变换成相互作用表象中的向量方程, 再利用向量形式的4阶龙格-库塔迭代格式, 建立了一种在频域内求解C-GNLSE的同步更新迭代算法. 通过将该向量形式的相互作用表象中的4阶龙格-库塔 (V-JH-RK4IP) 算法应用于高双折射光子晶体光纤中超连续谱产生的数值模拟, 验证了算法的有效性, 通过与现有其他典型算法的比较, 表明以V-JH-RK4IP算法求解C-GNLSE具有最高的计算精度和计算效率. 关键词： 耦合广义非线性薛定谔方程(C-GNLSE) 相互作用表象 4阶龙格-库塔算法 超连续谱产生     

光子晶体的非严格周期性对其传输特性的影响

将时域有限差分法(FDTD)用于光子晶体传输特性研究。以二维方格子光子晶体TM模为研究对象。分别讨论了光子晶体制作过程中圆柱半径和品格常量误差对光子晶体传输特性和光子晶体器件性能的影响。研究表明。圆柱半径和品格常量的误差越大。光子晶体的带隙效果越差。在一定的误差范围里,光子晶体的传输特性能够被很好地保持;由于误差的存在,光子晶体点缺陷所形成的微腔的共振频率位置与理想情况发生了漂移;加工精度误差对光子晶体器件性能有较大影响。     

时域有限差分法对双原子分子振动光谱计算的应用

描述了将时域有限差分法应用于双原子分子振动能级的量子力学计算的 方法。推导了含时Schrdinger方程的离散化公式,提出了对含时Schrdinger方程作数值求解的边界截断处理方法。在此基础上,利用HF分子的势能函数,对HF分子的振动能级进行 了数值计算。结果表明,将时域有限差分法应用于双原子分子振动能级的量子力学计算是方 便可行的。计算结果令人满意。     

腔体内传输线耦合的电磁仿真软件与传输线方程的混合算法

研究了一种有限积分法软件与传输线方程相结合的混合算法,用于解决复杂电磁环境下屏蔽腔体内传输线的电磁耦合问题。利用有限积分法软件实现屏蔽腔体的建模,仿真得到腔体内部空间电磁场分布,并设置电场探针提取出传输线的激励场。利用传输线方程建立腔体内传输线的耦合模型,将得到的传输线激励场引入到传输线方程作为等效分布电压和电流源。利用时域有限差分(FDTD)格式对传输线方程进行离散,从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。通过与文献以及传统数值算法的计算结果进行对比,验证混合算法的正确性。研究表明,该混合算法在模拟电大尺寸腔体内传输线的电磁耦合方面,具有较高的精度和计算效率。     

等离子体光子晶体的FDTD分析

等离子体光子晶体是等离子体和介质（真空）构成的人工周期性结构.用分段线性电流密度 递归卷积时域有限差分（PLCDRC-FDTD）算法分析了等离子体光子晶体和缺陷等离子体光子 晶体.从时域的角度分析了高斯脉冲在等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和 透射波形.然后，从频域的角度分析了等离子体光子晶体和带缺陷的等离子体光子晶体的电 磁反射系数和透射系数.计算表明，等离子体光子晶体对频率小于等离子体频率的低频电磁 波几乎完全反射，而透射的电磁波则为频率高于等离子体频率的电磁波.在高频，等离子体 光子晶体则出现类似一般光子晶体的光子带隙特性. 关键词： 等离子体 光子晶体 时域有限差分法 等离子体光子晶体     

二维三角柱光子晶体的传输特性

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。结果表明:光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,三角晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内,入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响,在高频段,透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。     

The properties of two-dimensional photonic crystals bandgap structure with rhombus lattice

The relative bandgap ω_R of photonic crystals structure with rhombus lattice for both TE and TM modes is studied by the plane wave expansion method. Based on the analysis, a bending waveguide of U type can be easily obtained. The steady-state distribution of the electric field with ω = 0.4765(a/λ) of TM mode is given by FDTD method and the transmission is obtained by FFT of the time domain field. All of the sufficient analysis shows the conceptual framework of the proposed rhombus lattice PCs and its great potential application in photonic integration circuit.     

Defect and dope selective of transmission properties of 2D photonic crystal

The effects of the defect and doping on the transmission properties are investigated in two-dimensional photonic crystal (PC) with triangular rods using the finite difference time domain (FDTD) method. The results show that the width and the central position of the photonic band gap (PBG) depend on the thickness of rods with defect or composite-defect, and the refractive index of doped dielectric rods. The transmission properties of composite-defect combined with doping are further investigated. The thinner the nested concentric triangular rod and the smaller the refractive index is, the wider the band gaps is.     

光控液晶光子晶体微腔全光开关

设计了一种缺陷模迁移光子晶体微腔全光开关. 两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充掺有少量偶氮聚合物的苯乙炔类液晶. 通过调节控制光的偏振态, 使偶氮聚合物发生顺-反异构化反应, 带动液晶分子重新取向, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光的通过与截止. 运用时域有限差分法和平面波展开法分析 了二维光控液晶光子晶体微腔全光开关的光学特性. 数值计算结果表明: 对于1.55 μ通信波段通过外界偏振光控制所填充的向列相液晶 的折射率可以实现对光波的导通与截止. 分析结果显示, 此开关具有阈值低, 消光比较大, 体积小等优点. 关键词： 二维光子晶体微腔 波导 时域有限差分(FDTD) 液晶     

一维金属/介质光子晶体透射特性分析

阐述了一维金属/介质光子晶体的概念,采用时域有限差分法研究了不同金属等离子体频率和碰撞频率对一维金属/介质光子晶体透射特性的影响。计算结果表明,一维金属/介质光子晶体具有在可见光波段透明,在紫外波段以及红外至微波波段不透明的特性。对于结构相同的金属光子晶体,金属等离子体频率越低,金属光子晶体在可见光波段的透射允带就越宽,透射率越高,而金属的碰撞频率对透射允带没有显著的影响。     

光子晶体光纤的传输光谱研究

针对光子晶体光纤的传输光谱Maxwell方程组解的问题,提出了时域有限差分方法,将基本方程转到复频域,并对场区中心差分式进行了推导,然后再逆变换到时域得到时域各个方向的有限差分形式,同时考虑了散射损耗的稳定条件。利用matlab编制程序,仿真分析了不同时间步数情况下空间光谱的传播分布情况,随着迭代的增加,波逐渐趋于稳定,并对结果做了详细的分析,证明了吸收边界条件应用于光子晶体光纤的传输光谱传播分析的有效性,可以大大提高计算的正确性和精确性。     

Plasma photonic crystals numerical and filter characteristics analysis based on symplectic algorithm

From the Maxwell equation, the method of symplectic finite-difference time-domain is applied in analyzing one-dimensional plasma photonic crystal. The propagation process of electromagnetic pulse in one-dimensional vacuum plasma photonic crystal structure is simulated by symplectic algorithm discrete in 2nd order time 2nd order space (T2S2), and 2nd order time 4th order space (T2S4) respectively. Then, from the perspective of frequency domain, the reflection coefficient of the plasma–vacuum photonic crystals is analyzed. The results show that the symplectic finite-difference time-domain method is accuracy and correctness. In the end, the filter characteristics of the plasma photonic crystals (PPCs) are analyzed in different thickness of plasma.     

时变非磁化等离子体光子晶体缺陷态研究

采用非磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Current density convolution,JEC)时域有限差分(Finite-dif-ferent time-domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层的一维时变非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性。以高斯脉冲为激励源,通过由算法公式得到的电磁波透射系数讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体的上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。     

FDTD simulation of time varying optical vortex phenomena in SOI photonic crystal structures

In this paper we analyze the time varying optical vortex phenomena in the gain photonic crystals built on the silicon-on-insulator (SOI) wafer by using the finite difference time domain (FDTD) method. With launching the optical waves in 1.55 μm wavelength to the SOI rib waveguide, optical vortices are generated and the spinning details are observed at various time steps. The analysis results are helpful to understand the progress of optical vortices which may be utilized for the development of future nonlinear optical switches.