MATLAB基于FFT算法的微环级联四波混频宽带仿真系统

资 源 简 介

本MATLAB项目利用FFT算法高效仿真微环谐振腔级联结构的四波混频效应，支持宽带频谱产物计算与多波长输入分析，适用于非线性光学研究和器件优化设计。

详 情 说 明

基于FFT算法的微环级联四波混频宽带产物仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个针对微环谐振腔级联结构的四波混频（FWM）过程进行仿真分析的系统。通过快速傅里叶变换（FFT）算法实现宽带频谱产物的高效计算，能够模拟多个微环串联配置下的非线性光学效应。系统可分析不同波长输入信号在级联微环中产生的混频产物，评估宽带频谱扩展特性，适用于硅基光子器件设计和光学频率梳生成等应用场景。

功能特性

• 微环级联建模：基于传输矩阵方法建立微环谐振腔的级联模型
• 非线性效应仿真：数值求解四波混频非线性耦合波方程
• 频域快速计算：采用FFT算法实现宽带频谱的高效计算
• 参数化设计：支持微环数量、耦合系数、环长等关键参数的灵活设置
• 多端口配置：支持直通端口和下载端口两种串联方式选择
• 全面分析输出：提供频谱分布、转换效率、时域波形等多种分析结果

使用方法

基本参数设置

1. 微环结构参数：设置环半径（单位：μm）、波导有效折射率、耦合系数数组
2. 级联配置：指定微环数量、选择串联方式（直通/下载端口）
3. 光源参数：输入泵浦波长（单位：nm）、信号波长（单位：nm）、输入功率（单位：W）
4. 仿真设置：定义频谱范围（单位：THz）、分辨率带宽（单位：GHz）、计算步长

运行仿真

配置完参数后，执行主程序开始仿真计算。系统将自动完成微环传输特性计算、非线性效应求解和频谱分析。

结果分析

仿真完成后可查看：

• 各阶FWM产物的功率谱密度分布图
• 混频产物的功率转换效率矩阵
• 输出光场的时域特性波形
• 参数变化对FWM效率的影响曲线

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB及以上
• 存储空间：至少1GB可用空间

文件说明

主程序文件集成了系统的核心功能模块，包括微环谐振腔传输矩阵的建立与求解、四波混频非线性耦合波方程的数值计算、基于FFT的频域快速算法实现，以及仿真结果的可视化输出。该文件实现了从参数输入、模型计算到结果展示的完整仿真流程，为用户提供了一站式的微环级联四波混频分析解决方案。