正方形光學(xué)微腔模式的FDTD計(jì)算.pdf

1、隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用越來越廣。而半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)中的重要一部為光學(xué)諧振腔。光學(xué)微腔以其獨(dú)特的性質(zhì)——形狀直接影響和決定著光場(chǎng)分布，受到人們的越來越多的關(guān)注。它在光學(xué)濾波器、光波分復(fù)用器、光開關(guān)、光調(diào)制及非線性頻率轉(zhuǎn)換器等得到了廣泛的運(yùn)用。
　　 本文主要研究及仿真了正方形光學(xué)微腔的模式特性。通過時(shí)域有限差分方法討論、分析及導(dǎo)出了光學(xué)微腔的模式公式：將麥克斯韋微分方程離散化，場(chǎng)空間沿著三個(gè)軸向分成多個(gè)網(wǎng)格空間

2、，得到有限差分形式的場(chǎng)方程。其中網(wǎng)格剖分是FDTD方法的關(guān)鍵問題。然而任何腔體的邊界都不是完美的，引入的完全吸收邊界條件正好彌補(bǔ)了此缺點(diǎn)。時(shí)域有限差分方法得到的信號(hào)是時(shí)域的，而諧振腔的重要參數(shù)一般是在頻域里計(jì)算，則引用了中間橋梁-傅立葉變換把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變成頻域信號(hào)的集合。為了獲得數(shù)值結(jié)果的準(zhǔn)確性，得到理論支持，用馬卡梯里近似解法討論了二維正方形微腔模式的解析解，獲得了腔體的光場(chǎng)分布，并加以討論得出計(jì)算模式的本征方程及與傳播常數(shù)之間應(yīng)滿足

3、的關(guān)系式。運(yùn)用全波仿真軟件的時(shí)域有限差分法模擬出了正方形光學(xué)微腔的橫模圖及縱模圖，從而分析了正方形光學(xué)微腔的模式特性，得到了較高的品質(zhì)因子。然而，想要得到光滑而分辨率高的頻譜圖，需注意FDTD輸出選項(xiàng)的FFT最大冪指數(shù)及FFT最小冪指數(shù)選項(xiàng)，須為2的指數(shù)倍才可出現(xiàn)我們所需的光滑頻譜圖。紅綠斑點(diǎn)回音壁模式的交替出現(xiàn)并隨階數(shù)的增高逐漸模糊的情況來看，正方形光學(xué)微腔在低階模的應(yīng)用較好，隨階數(shù)的增高其性能會(huì)減退。比較了數(shù)值模擬與解析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)結(jié)