各向異性周期性結(jié)構(gòu)RCWA算法及并行計算加速.pdf

1、嚴(yán)格耦合波分析法（RCWA）是一種非迭代的能穩(wěn)定收斂的狀態(tài)變量解法,是周期結(jié)構(gòu)衍射模擬分析中應(yīng)用最廣的傅立葉空間的方法，這種方法非常適合于對亞波長量級的周期結(jié)構(gòu)進行衍射模擬分析。但是RCWA算法仍然存在對折射率劇烈變化的周期結(jié)構(gòu)數(shù)值計算收斂慢的問題。
　　本文基于衍射光柵的嚴(yán)格耦合波分析法，把光柵介質(zhì)從各向同性的情形推廣到各向異性情形。從各向異性衍射區(qū)域中電磁場傅立葉級數(shù)展開和介電常數(shù)張量的傅立葉級數(shù)展開出發(fā)，利用周期性邊界條件和

2、電磁波的橫波性等特性，把求解矢量麥克斯韋方程組問題轉(zhuǎn)換為求解矩陣特征值問題，從而求出電磁場的衍射效率，清晰明了的展示了各向異性光柵嚴(yán)格耦合波方法的推導(dǎo)過程。并以LiNbO3晶體為例，在光軸與坐標(biāo)重合情形下，改變?nèi)肷涔獠ㄩL、入射角等光柵參數(shù)討論體光柵和表面浮雕光柵的衍射特性。
　　收斂速度和計算效率問題一直是嚴(yán)格耦合波法的焦點問題，研究人員一直在尋找計算方法來提高收斂速度和數(shù)值穩(wěn)定性，本文將并行計算技術(shù)應(yīng)用到 RCWA算法計算效率的

3、改進上來。LU分解和QR分解是RCWA算法中使用頻率非常高并且非常耗時的模塊，用NVIDIA公司的CUDA混合計算架構(gòu)對這兩部分進行優(yōu)化，采取的策略包括制定合適的并行計算算法，利用分塊技術(shù)和共享內(nèi)存技術(shù)，利用 CUDA GPU具有高并行、多線程、計算能力強、帶寬高的優(yōu)良特性，提高RCWA模擬技術(shù)的計算效率。
　　最后，簡要的介紹了RCWA在光折變晶體和動態(tài)極化鈮酸鋰晶體分析中應(yīng)用，以PPLN晶體衍射效率隨光波長的變化規(guī)律為例，分析