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时域有限差分算法在光波导分析中的应用

作　者: 朱燕杰
导　师: 董小鹏
学　校: 厦门大学
专　业: 无线电物理
关键词: 时域有限差分吸收边界条件良匹配层圆柱光纤光子晶体光纤
分类号: TN252
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
下　载: 442次
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内容摘要

时域有限差分算法(FDTD Finite-Difference Time-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-Perfectly Matched Layer)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。本课题将时域有限差分算法引入到光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，得到一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。

全文目录

中文摘要  4
关键词  4-5
英文摘要  5
Key word  5-6
第一章时域有限差分算法的特点及应用  6-10
  1．0 概述  6
  1．1 FDTD的特点  6-8
  1．2 FDTD的应用  8-9
  1．3 本论文研究的内容  9
  1．4 论文安排  9-10
第二章时域有限差分算法基本原理  10-21
  2．0 概述  10
  2．1 微商的差分算法  10
  2．2 圆柱坐标下FDTD算法的网格结构  10-12
  2．3 Maxwell方程的离散化  12-15
  2．4 数值稳定性分析  15-16
  2．5 数值色散问题  16-17
  2．6 边界条件的设置  17-18
  2．7 奇异点的处理  18-19
  2．8 激励源的选择  19-20
  2．9 信号的处理  20-21
第三章吸收边界条件  21-29
  3．0 概述  21
  3．1 良匹配层的基本原理  21-23
  3．2 吸收边界条件的差分格式  23-28
  3．3 PML媒质吸收效果的检验  28-29
第四章一维时域有限差分法的应用  29-39
  4．0 概述  29
  4．1 1D-FDTD算法的基本原理  29-31
  4．2 吸收边界条件的设置  31-34
  4．3 数值结果及边界条件改进  34-39
第五章二维时域有限差分及其在光子晶体光纤分析中的应用  39-51
  5．0 概述  39
  5．1 二维时域有限差分算法  39-41
  5．2 吸收边界条件的设置  41-43
  5．3 光子晶体光纤的基本特性和分析方法  43-44
  5．4 数值计算结果  44-51
第六章时域有限差分算法在光波导分析中的应用前景  51-55
  6．0 概述  51
  6．1 时域有限差分算法在光波导分析中的简化  51-53
  6．2 时域有限差分法的其他应用  53-54
  6．3 本论文创新之处  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-58
附录一  58-62
附录二  62-63
附录三  63-64

时域有限差分算法在光波导分析中的应用

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