This project devotes to the efficient and accurate simulation method for the properties of optoelectronic integrated devices in complex communication systems. For the modeling and simulation challenge introduced by dispersive media and complex, nonlinear and multi-scale structure, our research will be focused on four parts shown as follows. Firstly, we develop a three-dimensional scene model based on the complex multi-scale structure and an electromagnetic parameter model for complex dispersive media, and then study the high-quality mesh generation technique. Secondly, by studying reasonable sub-domain boundary conditions and generally effective constitutive relation processing method, we propose a novel and efficient hybrid FDTD method which is suitable for simulating nonlinear, multi-scale and ultra-wideband optoelectronic integrated devices. Further studies are focused on the optimization techniques for the hybrid FDTD method, including conformal technique, high-order technique and parallel technique, so as to improve the simulation accuracy and efficiency. Finally, the properties of various typical optoelectronic integrated modules can be obtained by using the above method and experiment so as to verify its accuracy and effectiveness. By further studying the influence of geometrical and physical parameters on their properties, corresponding design recommendations can be given as theoretical and technical support for the quantization of nano-scale integrated devices.
本项目以复杂通信系统中光电集成器件性能高效仿真分析方法为研究对象,针对器件内部材质色散和结构复杂、非线性及多尺度等特点所带来的建模和仿真难题,主要在以下方面展开研究:提出基于复杂多尺度器件结构的三维场景模型和面向复杂色散介质的电磁参数模型,并研究相应高效网格生成技术;通过构建合理子区域边界条件,提出通用有效的本构关系处理方法,发展适合具有非线性、超宽带和多尺度等特点的复杂光电集成器件高效混合仿真算法;并在此基础上,研究与混合算法相匹配的优化方法,包括共形技术、高阶技术和并行技术等,以进一步提高计算精度和效率;利用上述方法对各类典型光电集成模块进行仿真分析,通过与实验结果对比,验证该方法的准确性和有效性,并研究模块几何和物理参数对其性能的影响,给出相应优化设计方案,为纳米集成器件的量化设计提供理论依据和技术支持。
本项目以复杂通信系统中光电集成器件性能高效仿真分析方法为研究对象,针对器件内部材质色散和结构复杂、非线性及多尺度等特点所带来的建模和仿真难题,主要在以下方面开展了研究:1)构建了适合复杂光电集成器件的三维场景模型和面向复杂色散介质的电磁参数模型,并研究了相应高效网格生成技术,包括共形网格、非均匀网格和表面网格等;2)研究了基于Leapfrog HIE-FDTD的高效混合算法及其相关特性,包括色散介质本构关系处理方法、数值色散特性、稳定性、激励源技术和吸收边界条件等,并进一步研究了与其相匹配的共形优化方法等;3)设计了各类典型光电集成器件模块,验证了仿真方法的精度和效率,并研究了器件性能变化规律,给出了相应优化设计方案。本项目的研究成果可以实现对复杂光电集成器件电磁特性的快速、精确预测,为纳米集成器件的设计提供了重要的理论和技术支撑,这有利于提高我国各领域平台通信网络系统的技术水平,对我国有着极其重要的战略意义。项目执行期间共发表学术论文8篇,其中期刊论文5篇,会议论文3篇,另有3篇期刊论文正在评审中,申请发明专利2项,培养研究生4名。
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数据更新时间:2023-05-31
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