[技术]《OptiBPM入门教程》 [复制链接]

随着时代的发展，人们对光网络带宽的需求越来越高，光通信网络也越来越复杂。各类光通信系统中，存在着许多的波导类元件，如分束器，耦合器，复用器，AWG等，这些元件在整个光通信系统中起着至关重要的作用。而此类光波导器件研发人员，可以使用OptiBPM来对相关的元器件进行模拟分析与设计，这可以大大降低时间成本和物料成本。 /pvR-Id|6  
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OptiBPM是基于光束传输算法（BPM-矢量BPM、半矢量BPM以及标量BPM）来模拟光通过任意波导介质（各向同性与各向异性）。并可使用合适的数值方法，如Crank-Nicholson方法和Scheme Parameter以及ADI，来进行计算，计算过程中可以使用合适的边界条件，如TBC和PML边界条件，以完成整个波导结构的仿真和分析，获得任意位置处的电磁场分布。 i
v*Ft.1t  
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通过OptiBPM，科研人员可以同时观察近场分布（包含幅度、相位等），检测辐射以及方向场（Guided Field）。OptiBPM能够提升科研人员在波导器件设计的效率，减小风险并降低整体研发产品成本。 9:!<=rk  
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本书详细描述了各类光波导模型的创建以及分析方法，旨在帮助OptiBPM软件初学者快速学会常用的软件功能。本书主要参考OptiWave公司发布的案例以及相关操作手册翻译整理而成。 %z&=A%'a  
)/u?_)b4"  
本书第一章主要介绍了软件的安装方法以及软件的开发背景，第二~十三章，分别描述了如何创建以及分析常见的波导类器件，如MMI耦合器、MMI星形耦合器、3dB耦合器、电光调制器、Chip-to-Fiber对接耦合器、马赫泽德干涉仪等，并包含了创建各类波导的方法和分析方法，如参数扫描，脚本自定义等。第十四章主要描述了如何将OptiBPM设计的元器件，导入到OptiSystem（一款光通信系统模拟仿真软件）中做联合仿真，可以查看此元器件在光通信系统中的具体行为。 Jp
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《OptiBPM入门指南》，是由上海讯技光电工程师翻译整理而来，译者希望本书能够对OptiBPM的使用者有所帮助，通过学习后能够较好的掌握OptiBPM软件的基本使用方法。由于译者水平有限，书中错误纰漏之处在所难免，敬请同行读者批评和指正 > !thxG/_  
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目 录 X#
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1 入门指南 4 %.kJ@@_e  
1.1 OptiBPM安装及说明 4 !YlyUHD  
1.2 OptiBPM简介 5 uX-]z3+  
1.3 光波导介绍 8 8kz7*AO  
1.4 快速入门 8 Y!C=0&p  
2 创建一个简单的MMI耦合器 28 w1-/U+0o  
2.1 定义MMI耦合器材料 28 2-9'zN0u  
2.2 定义布局设置 29 ,[rh7_  
2.3 创建一个MMI耦合器 31 8m0Gx
gS  
2.4 插入input plane 35 `k}  
2.5 运行模拟 39 &}P{w  
2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 7tgn"wK  
3 创建一个单弯曲器件 44 oe$Y=`  
3.1 定义一个单弯曲器件 44 ]g jhrD  
3.2 定义布局设置 45 _e<3 g9bj  
3.3 创建一个弧形波导 46 f)p c$~B  
3.4 插入入射面 49 3"HpM\A{A=  
3.5 选择输出数据文件 53 /`YHPeXu  
3.6 运行模拟 54 ^1rw\Zp  
3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 kDM\IyM<\  
4 创建一个MMI星形耦合器 60 Zk*/~f|\  
4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 IG?044Y  
4.2 定义布局设置 61 Re3vW re  
4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 vDgf}  
4.4 插入输入面 62 -MrEJ  
4.5 运行模拟 63 P>/n!1c  
4.6 预览最大值 65 0p\cDrB?  
4.7 绘制波导 69 K~p\B  
4.8 指定输出波导的路径 69 W8:?y*6  
4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 iX8&mUR  
4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 ~U+SK4SK:o  
4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 w:l/B '%]Y  
5 基于VB脚本进行波长扫描 75 -AUdBG  
5.1 定义波导材料 75 c!Gnd*!?-  
5.2 定义布局设置 76 0GW(?7ZC  
5.3 创建波导 76 %/17K2g  
5.4 修改输入平面 77 yDBS : \  
5.5 指定波导的路径 78 tL68
u[  
5.6 运行模拟 79 './j<2|;U  
5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 Gma)
8X#  
5.8 应用VB脚本进行模拟 82 0*S2_&Q)  
5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 bKsl'3~ k  
6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 .,t"iC:E  
6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 DN)Eh
d.  
6.2 定义布局结构 89 N>?R,XM V  
6.3 绘制并定位波导 91 T&6W>VQ|[>  
6.4 生成布局脚本 95 (P {o9  
6.5 插入和编辑输入面 97 iGmBG1a\  
6.6 运行模拟 98 TY[{)aH{S  
6.7 修改布局脚本 100 J,ZvaF  
6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 3dG[dYj  
7 应用预定义扩散过程 104 \M>}-j`v  
7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 tmF->~|  
7.2 定义布局设置 106 uop|8n1  
7.3 设计波导 107 W]p)}#FR  
7.4 设置模拟参数 108 /PbN!r<1  
7.5 运行模拟 110 Zf~Em'g"3  
7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散，创建一个掩埋波导 111 "' g*_  
7.7 将模板以新的名称进行保存 111 _w8iPL5:  
7.8 添加一个新的轮廓 111 ]YcM45x
g  
7.9 创建上方的线性波导 112 6;g_}Zx  
8 各向异性BPM 115 Rckqr7q  
8.1 定义材料 116 F;l*@y Tq  
8.2 创建轮廓 117 k 9 Xi|Yj  
8.3 定义布局设置 118 J1kG'cH05  
8.4 创建线性波导 120 |IL..C   
8.5 设置模拟参数 121 Iuk!A?XV  
8.6 预览介电常数分量 122 (rV#EA+6[`  
8.7 创建输入面 123 .du FMJl  
8.8 运行各向异性BPM模拟 124 ..RCR_DIp  
9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 U5 ~L^  
9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 ^nn3;  
9.2 定义布局设置 130 .^BL7  
9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 Z6%Hhk[  
9.4 编辑输入平面 132 rJ)O(  
9.5 设置模拟参数 134 m'&^\7;D  
9.6 运行模拟 135 SS;[{u!  
10 电光调制器 138 K@u\^6419  
10.1 定义电解质材料 139 A
r4@7  
10.2 定义电极材料 140 9$F '*{8  
10.3 定义轮廓 141 U
 JO  
10.4 绘制波导 144 $y~!ePKh  
10.5 绘制电极 147 8Qtd,  
10.6 静电模拟 149 t>[K:[0U  
10.7 电光模拟 151 ;2X/)sxWz  
11 折射率(RI)扫描 155 .iFd  
11.1 定义材料和通道 155 yM(zc/?  
11.2 定义布局设置 157
:|i jCg+  
11.3 绘制线性波导 160 6A$ \I44  
11.4 插入输入面 160 :_F$e  
11.5 创建脚本 161 |,k,X}gP  
11.6 运行模拟 163 NsYeg&>`  
11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 ln}2  
12 应用用户自定义扩散轮廓 165 0^htwec!  
12.1 定义材料 165 )r_zM~jI  
12.2 创建参考轮廓 166 |ho|Kl `=  
12.3 定义布局设置 166 i}mvKV?!|1  
12.4 用户自定义轮廓 167 [hU5ooB  
12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 Y/Yp+W6n  
13 马赫-泽德干涉仪开关 172 bN-ljw0&  
13.1 定义材料 173 p7y8/m\6  
13.2 创建钛扩散轮廓 173 A i`  
13.3 定义晶圆 174 ;<q
v-$P  
13.4 创建器件 175 F.:B_t  
13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 ; ntq%  
13.6 定义电极区域 178 r
|[uR$|Y  
e-vwve  
13.7 定义输入平面和模拟参数 182 z)$X/v  
13.8 运行模拟 182 9Tbi_6[  
13.9 创建脚本 184 \ UCOe  
14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186 5[\m
wUA  
14.1 理论背景 186 rap`[O|l=  
14.2 波导Vertical Offset位置设置 189 zX+NhTTB  
14.3 生成脚本数据 190
~5e)h_y  
14.4 导出散射数据 193 }lZfZ?oAz  
14.5 创建臂 194 d\Q~L 3x  
14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197 uzA"+cV5  
14.7 加载两个臂的文件 200 \OMWE/qMy  
14.8 在OptiSystem内完成布局 201 uH'n.d"WG  
14.9 连接元件 202 f>d aK9$(  
14.10 运行模拟 203 XI#1)  
14.11 创建图以查看结果 204 O=c^Ak   
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