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前 言 Bz /@c) T\9~<"P^ 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。 n2f6p<8A .[:VSM7T 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。 Y$<D9fs3 yNCEz/4 通过OptiBPM,科研人员可以同时观察近场分布(包含幅度、相位等),检测辐射以及方向场(Guided Field)。OptiBPM能够提升科研人员在波导器件设计的效率,减小风险并降低整体研发产品成本。 _=EKXE)&} eC! #CK 本书详细描述了各类光波导模型的创建以及分析方法,旨在帮助OptiBPM软件初学者快速学会常用的软件功能。本书主要参考OptiWave公司发布的案例以及相关操作手册翻译整理而成。 dJ
~Zr)> 0;<)\Wt=i9 本书第一章主要介绍了软件的安装方法以及软件的开发背景,第二~十三章,分别描述了如何创建以及分析常见的波导类器件,如MMI耦合器、MMI星形耦合器、3dB耦合器、电光调制器、Chip-to-Fiber对接耦合器、马赫泽德干涉仪等,并包含了创建各类波导的方法和分析方法,如参数扫描,脚本自定义等。第十四章主要描述了如何将OptiBPM设计的元器件,导入到OptiSystem(一款光通信系统模拟仿真软件)中做联合仿真,可以查看此元器件在光通信系统中的具体行为。 v.&>Ih/L epg#HNP7^Y 《OptiBPM入门指南》,是由上海讯技光电工程师翻译整理而来,译者希望本书能够对OptiBPM的使用者有所帮助,通过学习后能够较好的掌握OptiBPM软件的基本使用方法。由于译者水平有限,书中错误纰漏之处在所难免,敬请同行读者批评和指正 n~.*1. P J?&l*_m;t 上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 MS3=~*+ t"vRc4mf 目 录 mi,&0xDea 1 入门指南 4 YKZa$@fA? 1.1 OptiBPM安装及说明 4 lv%9MW0
z 1.2 OptiBPM简介 5 d2N:^vvvR 1.3 光波导介绍 8 Y32 "N[yw 1.4 快速入门 8 i7*EbaYzUO 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 xSMt*]=9 2.1 定义MMI耦合器材料 28 k;ZxY"^ 2.2 定义布局设置 29 !do?~$Og 2.3 创建一个MMI耦合器 31 *\G)z|^yx 2.4 插入input plane 35 \ZI'|Ad 2.5 运行模拟 39 Gl}Qxv#$ 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 Iu[|<Cx 3 创建一个单弯曲器件 44 9?<{_' 3.1 定义一个单弯曲器件 44 pkgjTXR2b 3.2 定义布局设置 45 ?jx1R^ 3.3 创建一个弧形波导 46 QDx$==Fo 3.4 插入入射面 49 qS|\JG 3.5 选择输出数据文件 53 ntVS:F 3.6 运行模拟 54 Wb}c=hZv 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 O%8 EZyu 4 创建一个MMI星形耦合器 60
z4X}O
{
4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 8s{?v&p 4.2 定义布局设置 61 *Hz^K0:8( 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 ml`8HXK0 4.4 插入输入面 62 dG7OqA:9 4.5 运行模拟 63 "A$!,
PX6 4.6 预览最大值 65 ,Wbwg 4.7 绘制波导 69 T .FI'wy 4.8 指定输出波导的路径 69 ar9]"s+' 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 Jg}K.1Hs 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 @Fp_^5 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 `-h8vj5uG 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 hrG M|_BE 5.1 定义波导材料 75 c2t=_aAIPQ 5.2 定义布局设置 76 6 5N~0t 5.3 创建波导 76 5,-U.B} 5.4 修改输入平面 77 )G^
KDj" 5.5 指定波导的路径 78 o%9*B%HO/ 5.6 运行模拟 79 L>yJ 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 PYbVy<xc 5.8 应用VB脚本进行模拟 82 fk1ASV<rN 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 U4aU}1RKz 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 eIRLNxt+v 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 .sC?7O= 6.2 定义布局结构 89 /+Lfrt 6.3 绘制并定位波导 91 bef_rH@` 6.4 生成布局脚本 95 gL_Y,A~Q{ 6.5 插入和编辑输入面 97 8>,jpAN}r 6.6 运行模拟 98 s7Ub@ 6.7 修改布局脚本 100 %LVm3e9 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 |7yAX+ 7 应用预定义扩散过程 104 $YN6<5R) 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 r\qj! 7.2 定义布局设置 106 V-<GT? 7.3 设计波导 107 h$4Hw+Yxs] 7.4 设置模拟参数 108 =R*qP ;# 7.5 运行模拟 110 n2)q}_d 7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散,创建一个掩埋波导 111 X.hm s?] 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 UfN&v >8f 7.8 添加一个新的轮廓 111 [0"'T[ok 7.9 创建上方的线性波导 112 <Utnz) 8 各向异性BPM 115 &|f@$ff 8.1 定义材料 116 H,Z;=N_ 8.2 创建轮廓 117 Jn{OWw2 8.3 定义布局设置 118 ='`/BY(m[ 8.4 创建线性波导 120 At-U2a#J{ 8.5 设置模拟参数 121 !O `(JSoG 8.6 预览介电常数分量 122 tjupJ*Rt 8.7 创建输入面 123 ma"3qGy 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 {
^cV lC_ 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 >-H{Z{VDd 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 :yUEkm8 9.2 定义布局设置 130 j#cYS*^H 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 xuqv6b. 9.4 编辑输入平面 132 9 FB19 9.5 设置模拟参数 134 {q"OM*L( 9.6 运行模拟 135 1oc3$A 10 电光调制器 138 D#3\y*-y? 10.1 定义电解质材料 139 &*+'>UEe5 10.2 定义电极材料 140 8C*c{(4 10.3 定义轮廓 141 5H*\t 7 10.4 绘制波导 144 O8h%3& 10.5 绘制电极 147 xai*CY@cQ 10.6 静电模拟 149 eEuvl`& 10.7 电光模拟 151 nih0t^m' 11 折射率(RI)扫描 155 \ExMk<y_& 11.1 定义材料和通道 155 ,6-:VIHQ 11.2 定义布局设置 157 Tj:B!>> 11.3 绘制线性波导 160 0*f)=Q' 11.4 插入输入面 160 U4d:] z 11.5 创建脚本 161 Qk:Y2mL 11.6 运行模拟 163 o,_?^'@ 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163
C
uB`CI 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 `aciXlqIF 12.1 定义材料 165 MF5[lK9e 12.2 创建参考轮廓 166 ML|FQ 12.3 定义布局设置 166 %J+E/ 12.4 用户自定义轮廓 167 H{Wu]C<@p 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 >CHrg]9 13 马赫-泽德干涉仪开关 172 <g$~1fa 13.1 定义材料 173 #d6)#:uss 13.2 创建钛扩散轮廓 173 8X[:j&@ 13.3 定义晶圆 174 j0oR)du 13.4 创建器件 175 E|iQc8gr& 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 'uBu6G 13.6 定义电极区域 178 h2G$@8t}I
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