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光学芯片CAD交互式软件的设计与实现

作　者: 王建平
导　师: 孙玲玲
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 光学仿真光波导图形编辑科学计算可视化面向对象
分类号: TN491
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

随着光电子信息技术的飞速发展,人们对大容量、超高速和低耗能的光电子信息处理技术需求日益强烈,各种功能多样、结构繁杂的光学波导器件应运而生。但是各个光学波导的尺寸大小以及折射率的分布,对光波在其中的传输过程有十分重要的影响,其复杂性给光学器件的设计和生产带来较大困难。集成光学CAD技术正是为了解决这个问题应运而生。它借助于CAD技术,通过对光学器件分析和模拟设计,进而研制出高性能、高精度的光学器件,对光学器件的仿真和设计以及分析光在光学器件和系统中的传输过程等方面均有重要应用价值。本文针对光学芯片CAD仿真软件的商业化开发,在借鉴国内外相关研究文献的基础上,采用面向对象程序设计技术,完成了CAD图形交互式编辑、仿真结果图形输出等多个核心模块的设计和编码实现。该CAD软件采用了先进的有限差分光束传播法(Finite Difference-BPM,FD-BPM)仿真算法,为光学芯片设计技术提供了一套具有实用价值的解决方案和软件工具。论文从整个光学芯片CAD交互式系统的总体架构着手,阐明整个系统的设计思路、设计原则以及要实现的最终目标,进而重点分析系统的功能需求,并根据功能进行模块划分,利用面向对象程序设计技术,对图形编辑以及仿真结果图形显示子模块进行需求分析及详细设计,建立子模块的框架、功能模型图、类图、流程图以及接口设计。在图元类的设计上,利用了继承、多态、封装技术,采用分层布局设计,便于增减图元类,提高系统的可扩充性;在波导图元的绘制以及属性编辑的上,采用了鼠标操作与参数输入相结合的方法,操作简洁、灵活;在仿真结果显示上,采用了动态的图形显示技术,及时刷新显示效果,不同显示方式通过菜单选择切换,仿真结果直观明了,操作方便;在系统子模块的设计上,按照高内聚、低耦合的原则进行设计,相互之间仅以独立接口进行模块连接,不仅易于后期对系统的功能扩充,各个子系统也可以被移植入同类软件中使用,系统及各子模块更易于维护。软件最后通过仿真实例测试,与国际上知名的主流集成光学仿真软件BeamPro相比,其数据误差小于0.1%,仿真精度满足实际应用要求。光学芯片CAD软件系统是集光学仿真、计算机图形学及面向对象程序设计等多种技术于一体的一项前沿技术。本文针对光学芯片CAD交互式软件系统开发,采用这些技术和方法实现了CAD图形交互式编辑、仿真结果图形输出等多个核心模块的设计及编码实现,对今后国内光学芯片CAD软件的自主研发具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景  10-13
    1.1.1 光电子技术  10-11
    1.1.2 集成光学  11-13
  1.2 光电子CAD 技术的发展现状  13-15
  1.3 课题研究意义  15-16
  1.4 主要工作及内容安排  16-17
第2章光学芯片CAD 交互式软件总体架构  17-22
  2.1 软件的整体思路  17
  2.2 系统的设计目标  17-18
  2.3 软件的总体框架  18-21
    2.3.1 可行性需求分析  19
    2.3.2 系统模块设计  19-20
    2.3.3 模块接口设计  20-21
  2.4 系统遵循原则  21-22
第3章图形编辑器模块的设计与实现  22-40
  3.1 面向对象思想方法  22-25
    3.1.1 面向对象思想简介  22
    3.1.2 面向对象的基本特征  22-24
    3.1.3 面向对象开发方法  24
    3.1.4 图形编辑模块的面向对象分析  24-25
  3.2 图形编辑模块的面向对象分析  25-28
  3.3 编辑模块的总体设计  28-31
    3.3.1 框架设计  28
    3.3.2 接口设计  28
    3.3.3 流程设计  28-29
    3.3.4 图元类的设计  29-31
  3.4 图形编辑模块的实现  31-40
    3.4.1 开发平台的选择  31-33
    3.4.2 界面的实现  33-34
    3.4.3 数据存储  34-35
    3.4.4 图元绘制实现  35-36
    3.4.5 波导图元的拾取算法  36-38
    3.4.6 图元的几何变换  38-39
    3.4.7 图元的实现效果  39-40
第4章仿真结果图形显示模块的设计与实现  40-55
  4.1 可视化研究概况  40-41
  4.2 仿真结果显示的面向对象分析  41-42
  4.3 仿真结果图形显示模块总体设计  42-43
  4.4 仿真结果图形显示模块的实现  43-44
    4.4.1 GDI+图形设备接口  43
    4.4.2 GDI+的体系结构  43-44
  4.5 色彩空间的选取  44-46
    4.5.1 三原色原理  44-45
    4.5.2 RGB 色彩空间模型  45
    4.5.3 HIS 色彩空间模型  45-46
  4.6 坐标空间转化  46-47
    4.6.1 坐标空间  46
    4.6.2 坐标转化  46-47
  4.7 仿真数据的获取与预处理  47
  4.8 图形显示  47-55
    4.8.1 图形窗口  47-48
    4.8.2 仿真结果图形显示  48-53
    4.8.3 仿真结果图形编辑  53-55
第5章仿真实例与结果分析  55-60
  5.1 系统流程  55
  5.2 系统仿真实例  55-58
  5.3 实例仿真结果分析  58-60
第6章结语  60-62
  6.1 总结  60-61
  6.2 问题与展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录  66-67
详细摘要  67-70

光学芯片CAD交互式软件的设计与实现

内容摘要

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