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《基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第23卷第6期计算机应用与软件Vol23,No.62006年6月ComputerApplicationsandSoftwareJun.2006基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发彭小舟张冶金杨四刚陆洋陈向飞谢世钟(清华大学电子工程系北京收稿日期:2004-08-31。基金项目:国家重点基础研究规划973项目(2003CB。彭小舟,硕士生,主研领域:光子晶体平板类与光纤类器件的研究。摘要介绍了一个基于时域有限差分法(FDTD的二维光子晶体器件设计软件PCCAD,所用的核心算法是时域有限差分法。与同类FDTD商业软件相比,特点在于其具有多种光子晶
2、体结构编辑模板,多种点源、线源,先进的边界吸收技术及多种参数优化扫描等功能。快速傅里叶变换及Pade算法在软件设计中的应用使模拟更加精确、快速。软件适用于各种平面光子晶体的仿真设计,探索新的器件结构。最后,利用此软件设计了直波导、T型波导等二维平面光子晶体器件。关键词时域有限差分法(FDTD光子晶体设计软件THEDEVELOPMENTOF2DPHOTONICCRYSTALSDEVICEDESIGNSOFTWAREBASEDONFDTDPengXiaozhouZhangYejinYangSigangLuYangChenXiangfeiXieShizh
3、ong(TheElectronicsEngineeringDepartment,TsinghuaUniversity,Beijing,ChinaAbstractA2DphotoniccrystalsdevicedesignsoftwarePCCAD,whichisbasedonfinitedifferencetimedomainmethod(FDTD,isintroducedinthispaper.ThekeyalgorithmusedinthissoftwareisFDTD.ComparedwiththeexistingcommercialFDT
4、Dapplications,PCCADhasthefollowingadvantage:plentyofphotoniccrystalsdesigntemplates,pointandlineincidentwavesource,advancedabsorbboundconditionandthefactionofparameteroptimizescanning.TheapplicationofFFTandPadealgorithmbringmoreprecisionandsavemuchtimefromsimulating.Thissoftwa
5、reissuitablefor2Dphotoniccrystalsdevicedesignorlookingfornewstructure.Atthelastofthispaper,sometypesofphotoniccrystalswaveguideisdesignedusingthissoftware.KeywordsFDTDPhotoniccrystalDesignsoftware0引言二维平板光子晶体是目前光子晶体研究中的一个重要分支,目前,有关二维平板光子晶体的理论已经基本成熟[1~4],但是设计和工艺还处在起步阶段,相关的设计软件还很
6、不成熟。二维平板光子晶体结构复杂,实验制作难度大费用高,先期的理论设计是必须的,一个好的设计软件显得尤为重要。光子晶体的理论分析方法主要有平面波展开法[1],时域有限差分法FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain[5,6],多极化方法[7]等。目前,FDTD是用来模拟电磁波在光波导中传播的数值算法中应用最为广泛的一种,FDTD由于具有适合于各种波导结构瞬态分析且结果精确而被广泛地应用。代表性的软件有美国的Rsoft,澳大利亚VPI的Apollo,美国的Optiwave。这些软件虽然功能强大,但是在结构编辑上有些不方便之处,优化
7、扫描功能也欠缺。本工作开发的PCCAD二维光子晶体器件设计开发系统由两个相互独立的模块组成,采用可视化的结构描述及多线程程序实现技术,在其关键算法FDTD中采用了目前吸收性能最好的边界条件单轴完美匹配层(UPML,输入源的引入采用改进的总场反射场连接边界。在模拟时能实时的对当前电磁场的分布进行显示,并且设置了功能强大的参数优化扫描功能,能,进行扫描,得到损耗曲线,以进行优化设计。另外,可以在计算区域内的任意位置设置观察点,对观察点采集的电磁场数值的处理引入了快速傅立叶变换(FFT以及Pade算法,能够快速精确地分析器件的频率响应特性,得到响应峰值及
8、品质因子(Q值。1PCCAD系统的结构与设计图1为PCCAD的总体结构图,软件由编辑和仿真分析两个部分组成。编辑部分用来编
