用FDTD法分析介质波导和介质加载腔的电磁波模场分布.pdf

时域有限差分法(Finite-DifferenceTime-DomainMethod)是近年来发展较快的一种电磁场数值计算方法，已在电磁辐射、散射、天线、微波与毫米波技术、光电子学、生物电磁学等领域得到广泛应用。 本文对FDTD的基本原理进行了简要回顾和部分补充论述，详细给出用FDTD法计算电磁问题的处理过程和相关计算公式，推导出APML(各向异性介质完全匹配层)层中各电磁场分量满足的时域推进计算式，为APML的设置提供理论依据。 用本文所述的FDTD方法通过一次时域计算得到各时刻的场值，利用傅立叶变换即可得到在频域的场值，其所对应的局部最大值便是各模式的截止频率，比之其它方法必须经过逐点扫描来获取截止频率快速有效且灵活通用。为验证所推导出的公式的正确性，用FDTD方法计算了空心金属波导，介质加载波导，空心金属谐振腔和介质加载谐振腔的截止特性并与文献结果比较，得出用该方法计算金属波导是可行的，且有较理想的精度：用通用程序分析计算了至今尚未见报道的填充一半均匀介质矩形谐振腔和各向异性介质完全填充矩形谐振腔。 对于光波导问题，由于光波导是开放式结构，受微机计算能力的限制，FDTD法不能模拟整个空间，故计算时采取在光波导四周设置吸收边界进行截断。通过分析计算平板薄膜波导，给出了各模式光场稳态分布图，与理论值吻合的很好。说明该方法研究光波导是有效可行的，并且能够给出光波在整个波导中的动态传输过程，便于工程设计。