光束傳輸法模擬磁光材料光波導.pdf

1、隨著集成光波導技術的不斷發(fā)展，諸多具有不同結構、功能各異的光波導器件應運而生。其中，利用磁性材料的磁光效應制成的磁光波導器件，如磁光開關、光隔離器等，被越來越多地應用在光纖通信等領域。通過計算機數(shù)值分析的方法對光波導器件進行設計和仿真，可以直觀完備地反映光波導器件的特性，準確快速地達到預期的設計要求，節(jié)省了實驗時間和物力。本文利用光束傳輸法模擬了光在磁光材料集成光波導中的傳輸過程，針對光在磁光波導中的模耦合問題，提出了一種新的解決辦法。

2、
　　本文首先介紹了集成光學的發(fā)展歷程，以及國際上對磁光波導的研究動態(tài)，包括材料及理論進展。然后，對光束傳輸法的發(fā)展進程及分類加以介紹，并介紹了光束傳輸法的基本計算思路、邊界條件的處理及三對角矩陣的快速求解方法。
　　本文的重點以Maxwell方程為基礎，提出了三維全矢量耦合波方程。利用無條件穩(wěn)定的Crank-Nicholson差分格式對方程離散化求解，保證了差分格式的收斂，從而保證了數(shù)值計算的穩(wěn)定性。對交替方向隱式法和透明

3、邊界條件加以改進，大大提高了計算速度，節(jié)省了計算機資源，使求解更加穩(wěn)定，最終得出了三維全矢量有限差分光束傳輸法的算法和半矢量有限差分光束傳輸法算法。
　　本文分別對磁光材料模轉換器及光開光進行數(shù)學模擬。在模轉換器的模擬中，以半矢量有限差分光束傳輸法算法為基礎，光在波導中傳輸了約6800m后，TE模和TM模達到了約99％以上的能量轉換，與理論相符，算法的精度及穩(wěn)定性得到證明。在磁光開關的模擬中，以全矢量有限差分光束傳輸法算法為基礎。