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1、光学与电子信息学院光学工程、软件工程 领域专业学位硕士研究生 课程简介课程名称：微纳光子器件数值仿真课程代码：182.541课程类型：口公共课专业必修课专业选修课 其它： 考核方式： 论文大作业、报告教学方式：讲授、课堂讨论适用专业领域：光学工程，软件工程(微电子方向)开课学期：秋季总学时：32学分：2先修课程要求：无课程组教师姓名职称专业年龄学术方向杨振宇教授光学工程36微纳光子学课程负责教师教育经历及学术成就简介：教育经历：1999/09 - 2004/11，华中科技大学，激光研究院，博士；1995/09 - 1999/07，华中理工大学，电气与电子工程学院，学士；2005/8 - 200
2、7/8，美国Nebraska-Lincoln大学电子工程系，博士后；学术经历：现为华中科技大学教授，2004年于华中科技大学获物理电子学博士学位。博士期间主要方向为聚合物纳米孔隙光学薄膜的研究，2005 -2007年在美国内布 拉斯加-林肯大学(University of Nebraska-Lincoln )从事博士后研究。其间，在微 纳结构光子学这一前沿领域开展了多项富有创新性的研究工作，包括激光辅助制 备大面积三维光子晶体、利用近场光学制备纳米结构功能薄膜等。回国后，一直 开展新型微纳光子学器件的理论设计与应用方面的研究工作。近年来，先后主持了国家自然科学基金、教育部博士点基金、霍英东教育
3、基金、航天支撑技术基金、 湖北省自然科学基金、华中科技大学校基金等项目，以第一作者或通讯作者在Optics Letterss Optics Expresss Journal of Lightwave Technology、IEEE Photonic Technology Letter等光学类重要期刊上发表论文26篇。目前获得国家发明专利授 权 5 项，为 Optics Letterss Optics Expresss Nanoscale Research Letterss IEEE Photonics Journals Frontiers of Optoelectronics 审稿人。课程教学
4、目标：计算机仿真技术在光学领域的应用越来越受到重视。通过本课程的学习使学 生达到掌握一种光学领域广泛使用的数值模拟方法一一时域有限差分（FDTD） 算法，培养利用FDTD算法进行微纳光子器件的设计优化、特性分析等方面的能 力。课程大纲：（章节目录）第一章引言（2学时）1.1 FDTD算法的发展及应用1.2 FDTD基本点及FDTD计算区第二章麦克斯韦方程及其FDTD形式（3学时）2.1麦克斯韦方程和Yee元胞2.2直角坐标中的FDTD :三维情形2.3直角坐标中的FDTD ：二维情形2.4直角坐标中的FDTD :一维情形2.5介质界面电磁参数选取第三章数值稳定性（2学时）3.1时间离散间隔的稳
5、定性要求3.2 Courant稳定性条件3.3数值色散对空间离散间隔的要求3.4差分近似后的各向异性特性第四章吸收边界条件（5学时）4.1 Engquist - Majda吸收边界条件4.2 阶和二阶近似吸收边界4.3二维Mur吸收边界条件的FDTD形式4.4二维角点的处理4.5三维吸收边界条件及其FDTD形式4.6棱边及角点的特殊考虑4.7完美匹配层（PML ）边界条件第五章FDTD中常用的激励源（2学时）5.1单频光源5.2高斯脉冲调制光源5.3点光源、线光源、面光源第六章色散与非线性介质（4学时）6.1 Lorentz色散模型6.2 Lorentz-Drude 色散模型6.3非线性Ker
6、r交攵应6.4非线性Raman交攵应第七章FDTD算法模拟范例（14学时）7.1简单二维波导模拟7.2三维波导模拟7.3三维微纳介质小球模拟7.4纳米孔隙薄膜的模拟7.5三维微纳螺旋金属线栅模拟7.6二维光子晶体模拟7.7三维光子晶体模拟教材:葛德彪，闫玉波，电磁波时域有限差分方法第1版，西安电子科技大学 出版社，2002年 2. Allen Taflove, Susan C. Hagness , Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, Second Edition , Artech Ho
7、use Publishers , 2000主要参考书： Electromagnetic Simulation Using the FDTD Method, Dennis M. Sullivan. IEEE press Computational Methods for Electromagnetics, Andrew F. Peterson, IEEE Press Matthew N. O. Sadiku, Numerical techniques in electromagnetics, CRC Press, 2000吕英华，计算电磁学的数值方法，清华大学出版社,2006王秉中，计算电磁学，
8、科学出版社,2002课程名称：Simulations of Micro-Nano photonics devices 课程代码：182.541课程类型：BProfessional Electives考 核方式: Projects and presentations教学方工式：Lecturing and discussion适用专业：Optical engineering, Software Engineering(Microelectronics)开课学期：Fall总学时：32学分：2先修课程要求：None课程组教师姓名职称专业年龄学术方向Zhenyu YangProf.Optical eng
9、ineerin g36Misro/Nano-photonicsCourse Team Leader Education Experience and Academic Experience :Education Experience: 1999.092004.11 PhD, Physical Electronics, HUST, Wuhan, Hubei, China 1995.091999.06 Bachelor of Science, Electrical Engineering, HUST, Wuhan, Hubei, China 2005.072007.07Post-Doctoral
10、Researcher, Electronics Engineering,University of Nebraska-Lincoln, Nebraska, USAAcademic Experience:Zhenyu Yang is a professor in College of Optics and Electronic Information at Huazhong University of Science and Technology (HUST) now. Prof. Yang has an extensive research background in design, simu
11、lation, and farication of 3D metamaterials, photonic crystals, and nanophtonic devices. During the study for PhD, his research work was focused on polymer nanoporous antireflection coatings. During 2005-2007, he worked in the University of Nebraska-Lincoln (UNL) as a post-doctoral researcher. In UNL
12、, his work was to design and fabricate the silicon based 3D photonic crystals. In 2007, he joined HUST where his research interest is on the area of the optical metamaterials. In these tree years, Prof. Yang has published more than 10 journal papers on the study of the helical metamaterials.Course O
13、bjective:There are more and more attentions on the numerical simulation in optical areas. The course is to build up students systematic understanding of the FDTD (Finite Difference Time Domain) method, which is most popular among the optical simulation methods, and to build up students5 abilities of
14、 design, optimization, and analysis of misro/nano-photonic devises with the FDTD method.Course OutlineChapter 1 Introduction ( 2 Credit hours )1.1 History and applications of the FDTD techniques1.2 Basic characteristics of the FDTD methodChapter 2 Maxwells Equations and the FDTD algorithm ( 3 Credit
15、 hours )2.1 Maxwells Equations and the Yee cells2.2 FDTD algorithm in Cartesian coordinate system : Three dimension2.3 FDTD algorithm in Cartesian coordinate system : Two dimension2.4 FDTD algorithm in Cartesian coordinate system : One dimension2.5 Optical parameters of the simulated materialsChapter 3Numerical stability ( 2 Credit hours )3.1 Numerical dispersion3.2 Courant conditions3.3 Conditions for the space-step3.4 Anisotropy of the difference approximationChapter 4Absorbing boundary
