中文摘要：

近年来，多功能、高度集成的光集成器件在全光网络的建设中得到了广泛的应用。为了发展新的器件概念，缩短器件的设计周期，工业界已开始应用专门的CAD软件工具研究光集成电路中的电磁现象。然而这些软件工具中所集成的数值计算方法，如波束传播法，时域有限差分法等，在应用范围、计算精度与计算速度方面都不能完全满足人们的要求。本项目提出了应用时域多分辨分析方法来仿真光集成电路中光信号的传播规律和特性，研究光集成电路中的电磁现象，并致力于提高光集成电路仿真的速度与精度。本课题涉及了计算电磁学、小波分析、光集成电路仿真等多个研究热点，具有极高的理论价值与应用意义。

结论摘要：

为了有效的分析光集成电路或器件的特性必须利用精确快速的计算机辅助设计软件。在这类计算机辅助设计软件中，电磁场仿真引擎是软件的核心。由于光集成电路工作频率高，电磁相互作用复杂，时域电磁场数值方法在光集成电路的分析与仿真中占有非常重要的地位，可以有效地完善PIC的设计。在本项目的研究中，首先，我们将FDTD方法应用于仿真平面光集成电路，拓展了FDTD方法的应用范围。设计和实现了一个基于FDTD方法的光集成电路时域仿真分析引擎。为了提高计算速度，我们还对无条件稳定的FDTD方法进行了研究，针对一种新颖的二维US-FDTD格式，开发了基于这种二维US-FDTD方法的PML吸收边界条件，分析了这一吸收边界条件的吸收效率和计算精度。此外，还将这种算法从二维推广到了2.5维，并证明了在2.5维情况下这种算法的无条件稳定性质，利用这种2.5维的US-FDTD方法可以有效地对具有一致性结构的导波结构电磁特性进行仿真和分析。为了能够快速仿真电大尺寸的光器件，我们还将PSTD方法应用于仿真平面光集成器件，拓展了PSTD方法的应用范围。