集成光波導(dǎo)熱光效應(yīng)仿真算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái),隨著光電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,各種功能多樣、結(jié)構(gòu)繁多的光學(xué)波導(dǎo)器件隨之出現(xiàn)。但是光學(xué)波導(dǎo)器件的折射率分布情況以及幾何尺寸對(duì)光波在其中傳輸?shù)挠绊懞艽?給器件的設(shè)計(jì)帶來(lái)極大困難。傳統(tǒng)的依靠實(shí)驗(yàn)手段設(shè)計(jì)光波導(dǎo)器件顯得耗時(shí)耗力。因此借助CAD手段,通過(guò)對(duì)光波導(dǎo)器件模擬分析和設(shè)計(jì),進(jìn)而研制高性能、高精度的光學(xué)器件顯得尤為重要。光電子CAD技術(shù)的發(fā)展,對(duì)光學(xué)器件的設(shè)計(jì)、仿真光學(xué)傳輸過(guò)程及光學(xué)現(xiàn)象等方面具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　

2、 在新一代光信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,光開(kāi)關(guān)和光調(diào)制器等光子器件起著重要的作用。光開(kāi)關(guān)在實(shí)現(xiàn)光路中光信號(hào)的路由選擇、波長(zhǎng)選擇、光交叉連接和自愈保護(hù)等方面有著廣泛應(yīng)用。光調(diào)制器是高速、長(zhǎng)距離光通信的關(guān)鍵器件。它在整體光通信的光發(fā)射、傳輸、接收過(guò)程中,被用于控制光的強(qiáng)度,其作用是非常重要的。
　　 熱光光開(kāi)關(guān)和調(diào)制器等熱光器件由于具有制作工藝簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)調(diào)制性能良好、消耗功率低等特點(diǎn),國(guó)內(nèi)外各個(gè)研究機(jī)構(gòu)均已對(duì)其開(kāi)展了大量的研究開(kāi)發(fā)工作。本文的主

3、要工作是對(duì)熱光器件工作機(jī)理——熱光效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬工作,研究和實(shí)現(xiàn)了一種精度高、計(jì)算速度快的計(jì)算熱光器件溫度場(chǎng)分布的數(shù)值算法,并將其作為一個(gè)完整的功能模塊集成于光學(xué)芯片CAD仿真軟件系統(tǒng)中。本文完成的主要工作為:
　　 首先,討論了熱光器件的工作機(jī)制——熱光效應(yīng)的理論原理和熱光效應(yīng)溫度場(chǎng)分布仿真的基礎(chǔ)——熱傳導(dǎo)理論,并簡(jiǎn)要分析了了目前常用的有限差分法解決數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的方法,討論了快速取得高精度近似解的方法。
　　

4、其次,分析研究了包括聚合物熱光器件和硅基SOI熱光器件在內(nèi)的常見(jiàn)的熱光器件的器件結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上建立熱學(xué)分析模型,對(duì)熱光器件的熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行合理的近似,完成了對(duì)熱光器件溫度場(chǎng)分布的數(shù)值模擬計(jì)算；通過(guò)溫度場(chǎng)分布實(shí)現(xiàn)對(duì)熱光器件熱光效應(yīng)的數(shù)值仿真,并采用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)了整個(gè)算法程序。
　　 接著,分析利用提供的通用圖形編輯模塊中圖元操作的關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)新的繪制圖元,以支持熱光效應(yīng)仿真模塊的人機(jī)交互體驗(yàn)；利用混合語(yǔ)言編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)