时域有限差分算法在光波导分析中的应用

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1、厦门大学硕士学位论文时域有限差分算法在光波导分析中的应用姓名：朱燕杰申请学位级别：硕士专业：无线电物理指导教师：董小鹏2001.6.1'摘要f时域有限差分算法(FDTDFinite．DifferenceTime—Domain)是六十年代中期发展起来的一种用于电磁场模拟的数值计算方法，在微波系统和天线系统的电磁模拟中取得了成功地应用。1994年Berenger提出一种新颖的由吸收媒质构成的良匹配层(PML-PerfectlyMatchedLayer)作为吸收边界的概念，使时域有限差分法获得了更广泛地应用于本课题将时域有限差分算法引入到光

2、波导传输特性的分析上，并应用该算法对圆柱光纤和光子晶体光纤的传输特性进行了分析，得到了相应光波导的传输特性。文中详细介绍了圆柱坐标系下时域有限差分算法的基本原理，及针对不同光波导的特点，对时域有限差分算法进行了简化，得到～维和二维的时域有限差分算法，大大减少了计算机的计算时间和存储空间，提高了计算效率。本文对良匹配层作为吸收边界条件在光波导分析中遇到的问题进行了分析，得到了应用于光波导分析时良匹配层最佳的结构参数，取得了良好的计算结果。最后本文通过二维时域有限差分算法。对圆柱光纤和光子晶体光纤的传输特性，场分布，色散特性进行了详细的分

3、析，计算结果与理论及实验获得的场形一致，这对理解和分析光波导的特性有很大帮助。关键{司j时域有限差‰吸收边界条件i良匹配层，圆柱光纤；光子晶体光纤3Finite．DifferenceTime—Domain(FDTD)algorithmisanumericaImethodusedinelectromagneticsimulationdevelopedjnthemiddleof1960s．FDTDhasmadesomesuccessfulapplicationsintheelectromagneticsimulationofmicrowa

4、veandantennasystem．In1994，Berengerputforwardanovelabsorbingmedium·PerfectMatchedLayerrPML)asabsorbingboundarv，whichmakesFDTDalgorithmhasbroaderapplications．OarresearchintroduceFDTDalgorithmtotheanalysesofopticalwaveguide，anduseFDTDalgorithmtoanalyzethepropagationcharact

5、ersofcylindricalopticalfiberandphotoniccrystalfiber．ThispaperintroducestheprincipleofFDTDalgorithm．Aimingatthecharacterdifferentopticalwaveguideincylindricalcoordinatesystem，wesimplifiestheFDTDalgorithm，andget1D-FDTD(onedimensionalFinite—DifferenceTime—Domain)and2D-FDTD

6、(twodimensionalFinite-DifferenceTime·Domain)algorithm，whichwillgreatlyreducethecomputingtimeandstoragespaceofcomputer．Furthermore，asfortheproblemscomefromthePMLastheabsorbingboundaryconditionintheanalysesofopticalwaveguide，wepresentasuitablemediumparameterforPML，whichge

7、texcellentabsorbingeffectintheanalysesofopticalwaveguide．Last，thepaperpresentstheresultforthepropagationcharacteristicsforopticalfiberandphotoniccrystalfiber．佻resultSofpropagationcharacter,fielddistribution，chromaticdispersionchartarepresentinthispaper．TheseresultS，espe

8、ciallyfromthephotoniccrystalfiber，whichhavegreatagreementwiththetheoreticalresultandtheexperimentalresult．areu