2D-3D异质结结构中的紧凑集成电路

通过时域有限差分方法,详细地分析了2D-3D异质结结构中密度集成光学器件的传输特性。在三层2D结构中,分别引入了不同设计结构的波分复用器,通过调整结构参数实现了集成光路中每个器件、每个端口的波长选择特性,如B₁端口的输出频率为0.404[c/a],B₂端口为0.408[c/a],B₃端口为0.386[c/a],B₄端口为0.388[c/a],B₅端口为0.390[c/a],B₆端口为0.394[c/a],B₈端口为0.392[c/a],B₉端口为0.409[c/a]。更重要的是,此结构实现了多个器件沿堆叠方向的密度集成,集成器件的总尺寸为0.3 mm×0.3 mm×0.14 mm。这些研究结果可为紧凑集成电路的设计提供重要的理论指导。     

超宽带信号在波导中传播的FDTD分析

用时域有限差分法(FDTD)对超宽带(相对带宽>25%)信号在矩型波导中的传播情况进行分析,给出了超宽带信号在矩型波导中传播时的时域波型及其频谱的变化情况。研究表明超宽带信号在矩型波导中传播时会出现失真,而且传播距离越远,失真越大。     

条形波导的三维标量FDTD法分析

发展了一种实用的对条形结构波导中光的传输特性进行模拟计算的三维标量时域有限差分(FDTD)数值计算方法,并对在电吸收调制器条形波导中的光场分布进行数值模拟计算,得到了在条形波导中光传输方向上不同横截面上的光场分布形式,这些光场分布是由波导中不同模式场叠加形成的,反映了波导中多模干涉的现象.数值模拟计算的结果与实验测试结果相一致,证明了这种三维标量FDTD法应用于条形光波导结构分析的有效性.此方法具有掌握容易,计算分析简便等优点,适用于条形结构波导的设计、模拟和特性分析.     

用FDTD法计算部分介质填充波导的截止频率

给出用时域有限差分（FDTD）方法计算电磁场问题的差分格式，详细介绍了FDTD法分析介质填充波导截止频率的计算过程。实例计算了空心矩形波导的截止频率，并与理论值进行比较；计算了填充部分介质时矩形波导和双脊波导的截止频率，获得了三脊波导的归一化截止频率谱图，给出填充不同介质时各主模式的截止频率。     

基于2D-3D异质结结构的密集型波分复用器的实验研究

基于光子晶体波导耦合原理,设计了2D-3D异质结结构的密集型波分复用器,从理论和实验上详细地研究了六通道波分复用器的传输特性。发现通过控制耦合波导长度,该密集型波分复用器可以实现每个通道的单频输出,实验测量结果也证明了其频率选择特性。之后对更为密集的八通道波分复用器也做了同样的理论模拟,得到了相同的结论。     

Woodpile结构中锯齿波导的研究

采用时域有限差分方法（FDTD）,详细设计、模拟和分析了woodpile结构中锯齿波导的传输特性。模拟结果表明：通过改变波导中相邻锯齿的长度,可以有效控制波导的导带范围;且利用锯齿波导设计灵活的特性,可以设计沿任意方向传输的波导结构。利用导带范围受相邻锯齿长度调控这一特点,设计、模拟并分析了由锯齿型波导形成的Y型波分复用器,两输出通道中锯齿长度分别取0.3a-0.5a和0.3a-0.8a,模拟结果表明两输出通道导带范围完全不同,充分说明在器件设计中可以引入锯齿型波导,通过调节锯齿长度实现频率选择的特性。     

基于时域有限差分法计算共面波导的特性阻抗

使用时域有限差分法计算共面波导的特性阻抗．比较了全空间和半空间两种FDTD计算模型,并给出了全空间模型的计算结果．与文献中用半空间模型计算得出的结果以及实际测试结果作比较,取得了良好的一致性．     

光子晶体波导耦合器的选频特性的研究

本文利用时域有限差分法(FDTD)和平面波展开法(PWM)设计了一种平板状三通道的光子晶体波导耦合器,使每一个输出通道仅通过一个波长,在1550nm附近,可实现多波长分路输出选择,输出波长的通道间距为31nm,且输出峰值尖锐,频率间的隔离度高,选频性能更加优越的优点,可应用于波分复用(WDM)系统中的分频、选频、滤波和波长增删、波分复用/解复用器等方面。     

2D-3D异质结结构中超短耦合长度的研究

采用时域有限差分法分析、模拟和设计了2D-3D异质结结构中的定向耦合器,并且通过非平面和平面的优化设计实现了小于2a（a为晶格常数）的超短耦合长度。研究结果表明,当位于耦合区域的晶格常数由1.25a-1.25a-1.25a-1.25a变为1.5a-2.0a-1.5a时,获得的耦合长度小于3a;同时将位于输入波导和耦合波导之间介质柱的宽度减小到0.18a,可获得小于2a的超短耦合长度。该耦合长度对于实现密度集成电路的小型化非常重要。     

标量FDTD法分析渐变折射率光波导模场分布

用标量时域有限差分法（Finite-differece Time-domain Method,FDTD法）分析了渐变折射率平面光波导中基模的模场分布情况，采用平面光波、球面光波、高斯光波等5种不同形态的光波激励同一波导，借助计算机进行数值求解，得到的光场分布图在光场传播达到稳定后完全相同，说明波导的模式与光波形态无关，只与波导结构和光波波长有关，结果表明该方法直观、精确、快速，并与解析法分析的结果一致。     

MLC-FDTD在波导带通滤波器设计中的应用

应用改进的局部共形网格FDTD技术(MLC-FDTD)分析了矩形波导带通滤波器.MLC-FDTD解决了局部共形网格技术的不稳定性因素,部分修改电场的更新迭代方程,以提高计算精度.在同样网格数的情况下,采用共形网格技术的计算结果比传统FDTD的结果具有更高的精度,说明在分析具有圆形或者环形边界的电磁结构时,采用局部共形网格技术能够得到更好的结果.     

基片集成波导带通滤波器的设计

基片集成波导技术使得包括平面电路、接头和矩形波导在内的完整电路可以以平面的形式集成在标准印刷电路板上;论文首次将金属条带式波导平面电路带通滤波器的设计方法引入基片集成波导之中,发展了基片集成波导带通滤波器的设计;文中提供了一个设计实例,Ansoft HFSS的数值仿真结果显示该途径是行之有效的。     

表面等离激元亚波长光波导滤波器研究进展

综述了本研究小组有关单齿、多齿、侧耦合腔、迂回型等结构的表面等离激元波导滤波器的研究进展.在单齿状金属-电介质-金属波导结构的研究基础上,发展出对称和非对称多齿结构以及侧耦合腔型反射式滤波器、低通波长和高通波长滤波器等其他结构.时域有限差法模拟揭示了它们均可具有一定的波长选择特性,对称多齿结构展现一个宽的陡峭禁带,不对称多齿结构却能实现窄带滤波功能.分析和模拟研究均表明谷或峰的中心波长与齿的深度或宽度有关;截止型结构的截止波长则可通过改变结构的相应长度和宽度等参数来选择.这些滤波器结构有可能应用于未来的纳米集成光学回路.     

金属电磁带隙波导色散特性分析

建立了紧凑格式二维时域有限差分法(CFDTD)模型,利用二维网格划分计算三维传播问题,简化了计算量.提出了一种纵向均匀的中心缺陷型六角晶格金属电磁带隙波导结构.利用CFDTD仿真该金属电磁带隙波导,获得该结构的基模场分布及频率.改变纵向传播常数,得到对应的基模频率以及色散特性,计算结果表明色散特性满足电磁带隙的缩放特性.测量该波导在11～15 GHz以内的传输率, 12 GHz附近的波导波长和色散曲线,仿真结果与测量值误差在5%以内.     

一种基片集成波导滤波器的快速设计方法

本文使用主动空间映射算法对基片集成波导滤波器的快速设计进行研究。在对滤波器结构进行分析的基础上,使用HFSS和ADS软件分别建立了其电磁场全波分析模型和等效电路模型,并将之用于空间映射方法所需的精确仿真和粗糙仿真。通过利用等效电路模型,对反映模型参数映射关系的参数进行了提取。整个设计过程仅用了少数几次精确仿真和粗糙仿真,就可以较好地到达设计指标。同常规设计方法相比,该方法可以对具有大规模变量的高阶滤波器进行设计,并且可以显著减少设计时间。作为应用实例,分别对X波段五阶和十阶带通滤波器进行了快速设计,并通过实验对五阶带通滤波器进行了验证,有力地证明了本文所提出方法的正确性和有效性。     

偏置介质销钉基片集成波导带通滤波器的设计

滤波器是微波毫米波电路与系统中的一个重要部件.基片集成波导技术使得包括平面电路、接头和矩形波导在内的完整电路可以平面的形式集成在标准印刷电路板上.本文将偏置介质销钉带通滤波器的设计方法引入基片集成波导中,实现了一个中心频率为28GHz,相对带宽为3.57%的基片集成波导带通滤波器,Ansoft HFSS的数值计算结果显示该途径是成功的.