Beam Propagation Method for Design of Optical Waveguide Devices

اصول تکنیک BPM در حوزه فرکانس متکی به درمان پوشش آهسته متغیر میدان الکترومغناطیسی تک رنگ تحت انتشار پاراکسی است، بنابراین محاسبات عددی کارآمد از نظر سرعت و حافظه اختصاص داده شده را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، BPM بر اساس تفاوت های محدود یک راه آسان برای پیاده سازی کدهای کامپیوتری قوی و کارآمد است. این کتاب چندین رویکرد را برای درمان نور ارائه می‌کند: زاویه باز، رویکرد اسکالر، درمان نیمه بردار، و درمان کامل برداری میدان‌های الکترومغناطیسی. همچنین، مباحث ویژه در BPM، شبیه‌سازی انتشار نور در محیط‌های ناهمسانگرد، مواد غیرخطی، مواد الکترواپتیکی، و رسانه‌های با سود/ضرر را پوشش می‌دهد و با معرفی دو جهته-BPM. BPM در حوزه زمان نیز توضیح داده شده است، و کتاب شامل تکنیک قدرتمند روش دامنه زمانی تفاضل محدود است که زمانی که BPM استاندارد دیگر قابل اجرا نیست، شکاف را پر می کند. پس از تشریح این تکنیک‌های عددی، فصل آخر شامل نمونه‌هایی از دستگاه‌های فوتونیک یکپارچه غیرفعال، فعال و کاربردی، مانند بازتابنده‌های موجبر، دمولتی‌پلکسرها، مبدل‌های پلاریزاسیون، مدولاتورهای الکترواپتیک، لیزرها یا مبدل‌های فرکانس است. این کتاب به خوانندگان کمک می کند تا چندین رویکرد BPM را درک کنند، کدهای خود را بسازند، یا به درستی از نرم افزار تجاری موجود بر اساس این تکنیک های عددی استفاده کنند.

The basic of the BPM technique in the frequency domain relies on treating the slowly varying envelope of the monochromatic electromagnetic field under paraxial propagation, thus allowing efficient numerical computation in terms of speed and allocated memory. In addition, the BPM based on finite differences is an easy way to implement robust and efficient computer codes. This book presents several approaches for treating the light: wide-angle, scalar approach, semivectorial treatment, and full vectorial treatment of the electromagnetic fields. Also, special topics in BPM cover the simulation of light propagation in anisotropic media, non-linear materials, electro-optic materials, and media with gain/losses, and describe how BPM can deal with strong index discontinuities or waveguide gratings, by introducing the bidirectional-BPM. BPM in the time domain is also described, and the book includes the powerful technique of finite difference time domain method, which fills the gap when the standard BPM is no longer applicable.  Once the description of these numerical techniques have been detailed, the last chapter includes examples of passive, active and functional integrated photonic devices, such as waveguide reflectors, demultiplexers, polarization converters, electro-optic modulators, lasers or frequency converters.  The book will help readers to understand several BPM approaches, to build their own codes, or to properly use the existing commercial software based on these numerical techniques.