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前 言 P
`}zlml !46RGU:I 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。 <49K>S9O cik!GA 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。 WHsgjvh" pk?w\A} 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。 #E?(vA1 o<<xY< 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。 U1DXeh~V _LMM,!f 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。 8YZbP5' u.d).da 《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 2^mJ+v< ]ndvt[4L 上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 "x=f=; YP.5fq: 目 录 [`{Z}q& 1 入门指南 4 wfU7G[ 1.1 OptiBPM安装及说明 4 TD'L'm|2 1.2 OptiBPM简介 5 T*#/^%HSG 1.3 光波导介绍 8 Bg&i63XL$$ 1.4 快速入门 8 U}6.h&$ 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 8TGOx%}i 2.1 定义MMI耦合器材料 28 qUjmB sB 2.2 定义布局设置 29 @y='^DQ* 2.3 创建一个MMI耦合器 31 /tP|b_7O 2.4 插入input plane 35 ofPHmh` 2.5 运行模拟 39 &y3OR1_Sm* 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 wF <n= 3 创建一个单弯曲器件 44 #JgH}|&a$ 3.1 定义一个单弯曲器件 44 KNS.Nw7 3.2 定义布局设置 45 g#F?!i-[F 3.3 创建一个弧形波导 46 h\5OrD@L 3.4 插入入射面 49 +?u~APjNN 3.5 选择输出数据文件 53 D B-l$rj 3.6 运行模拟 54 AvdXEY(- 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 plb!.g 4 创建一个MMI星形耦合器 60 lV1G<qP 4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 \@8+U;d 4.2 定义布局设置 61 &j4 xgh 9 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 N['qgO/ 4.4 插入输入面 62 IPgt|if^ 4.5 运行模拟 63 Pl=ZRKn 4.6 预览最大值 65 6^]!gR#B 4.7 绘制波导 69 7B!xT2{T 4.8 指定输出波导的路径 69 Sx?ua<`:d 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 t?}zdI(4 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 ]z l[H7 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 B$b +Ymu 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 |K.mP4CKY 5.1 定义波导材料 75 .WPV dwV4U 5.2 定义布局设置 76 V'kX)$ 5.3 创建波导 76 [x9KVd ^d 5.4 修改输入平面 77 x$1]M DAGb 5.5 指定波导的路径 78 N F+iza;DP 5.6 运行模拟 79 Pa~)"u8 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 &;D8]7d
5.8 应用VB脚本进行模拟 82 7(qE0R&@ 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 _59huC. 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 rW+ =,L 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 [-\%4 6.2 定义布局结构 89 xZ6~Ma2z 6.3 绘制并定位波导 91 GM3f-\/ 6.4 生成布局脚本 95 f>W- 6.5 插入和编辑输入面 97 W}5xmz 6.6 运行模拟 98 # a<Gxj 6.7 修改布局脚本 100 c2&q*]?l; 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 vU767/ 7 应用预定义扩散过程 104 ,wIONDnLZ 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 Pb?$t 7.2 定义布局设置 106 @^T1XX 7.3 设计波导 107 $Hj.{;eC/k 7.4 设置模拟参数 108 AS\F{ !O 7.5 运行模拟 110 OU8Lldt 7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散,创建一个掩埋波导 111 _>|
=L
W@7 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 gREzZ+([ 7.8 添加一个新的轮廓 111 Y8o)FVcyNy 7.9 创建上方的线性波导 112 .Yf:[`Q6g 8 各向异性BPM 115 E=>FjCsu<- 8.1 定义材料 116 Vl:^>jTki 8.2 创建轮廓 117 4"(<X 8.3 定义布局设置 118 a{R%#e\n 8.4 创建线性波导 120 ](&{:>RNJ 8.5 设置模拟参数 121 CitDm1DXt/ 8.6 预览介电常数分量 122 s;3= {e. 8.7 创建输入面 123 ly:q6i 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 F;+|sMrq 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 ~S8* t~ 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 tD+9kf2 9.2 定义布局设置 130 UPG9)aF 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 bI:zp!-. 9.4 编辑输入平面 132 yt.F\ [1 9.5 设置模拟参数 134 i(>4wK!! 9.6 运行模拟 135 H^s<{E0< 10 电光调制器 138 Y*H|?uNF 10.1 定义电解质材料 139 P;Ga4Q. 10.2 定义电极材料 140 #MRMNL@ 10.3 定义轮廓 141 cNM3I,o7 10.4 绘制波导 144 kzt(i Y_6 10.5 绘制电极 147 m+lvl 10.6 静电模拟 149 nv@8tdrc 10.7 电光模拟 151 ~])t 6i 11 折射率(RI)扫描 155 v
8$>rwB 11.1 定义材料和通道 155 4`!Z$kt 11.2 定义布局设置 157 gK[YQXfTy 11.3 绘制线性波导 160 U$_xUG 11.4 插入输入面 160 ?XA2& 11.5 创建脚本 161 Ry%Mej: 11.6 运行模拟 163 xHz[t6;4; 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 XpBj%e: 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 4}4Pyjh 12.1 定义材料 165 %F-ZN^R 12.2 创建参考轮廓 166 SjwyLc 12.3 定义布局设置 166 T>R0T{A 12.4 用户自定义轮廓 167 Kfh| 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 \}p6v } 13 马赫-泽德干涉仪开关 172 sB c
(gr 13.1 定义材料 173 r[lF<2&*R 13.2 创建钛扩散轮廓 173 o1FF"tLkN 13.3 定义晶圆 174 ?kB2iU_f+ 13.4 创建器件 175 b\-&sM(W" 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 wnM9('\ 13.6 定义电极区域 178 >(?9? ]3KhgK%c8 13.7 定义输入平面和模拟参数 182
Ahk8 13.8 运行模拟 182 ]dI2y=[!C 13.9 创建脚本 184 eS<lwA_ 14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186 9hOJvQ2U] 14.1 理论背景 186 E}40oID 14.2 波导Vertical Offset位置设置 189 .pN`;*7` 14.3 生成脚本数据 190 n~A%q,DmF 14.4 导出散射数据 193 ?q;Fp 14.5 创建臂 194 $`z)~6'
14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197 ML(
Eo 14.7 加载两个臂的文件 200 DjN|Wr)* 14.8 在OptiSystem内完成布局 201 t4-pM1]1_
14.9 连接元件 202 (&+kl q 14.10 运行模拟 203 B,TB3
{ 14.11 创建图以查看结果 204 rz@=pR : 有兴趣可以扫码加微联系 b+f'[; lJE93rXU Y0_),OaY
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