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前 言 hfWFD, yay<GP? 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。 D;}xr_ X2sH E 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。 kRJ4-n^@>< =wWpP-J& 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。 :M3oUE{ D/y bFk 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。 {7hLsK[]) <xpph
t< 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。 9m2, qr| /6uT6G+(z} 《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 gmKGy@] 1$/MrPT(b 上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 2&mGT&HAVA Jzji&A~ 目 录 MM_k
]-7 1 入门指南 4 ?t&kb7 1.1 OptiBPM安装及说明 4 <*ZJaBwWU~ 1.2 OptiBPM简介 5 `:8J46or 1.3 光波导介绍 8 |~`as(@Ih 1.4 快速入门 8 C@ZK~Y_g 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 \*hrW( 2.1 定义MMI耦合器材料 28 5^<h}u9 2.2 定义布局设置 29 8H,4kY?Z 2.3 创建一个MMI耦合器 31 $4kH3+WJ 2.4 插入input plane 35 2"P99$" 2.5 运行模拟 39 -H^oXeN 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 }0#U;_;D 3 创建一个单弯曲器件 44 N[]Hc 3.1 定义一个单弯曲器件 44 f),TO 3.2 定义布局设置 45 C
(n+SY^ 3.3 创建一个弧形波导 46 : JzI>/ 3.4 插入入射面 49 g6@Fp7T 3.5 选择输出数据文件 53 \6n!3FLl 3.6 运行模拟 54 ^H{R+} 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 @bM2{Rh: 4 创建一个MMI星形耦合器 60 +y7;81ND 4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 }VS3L_
;}/ 4.2 定义布局设置 61 uzmk6G
v 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 F^"_TV0va 4.4 插入输入面 62 q5h*`7f 4.5 运行模拟 63 Ds#/ 4.6 预览最大值 65 4a0:2 kIKa 4.7 绘制波导 69 fx=Awba 4.8 指定输出波导的路径 69 'w>_+jLT 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 d2oh/j6`TA 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 O ,rwP 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 ?]fF3 SJk 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 _{t9 x\= 5.1 定义波导材料 75 Tus}\0/i> 5.2 定义布局设置 76 IEKU-k7}Z 5.3 创建波导 76 XBd>tdEP 5.4 修改输入平面 77 D']ZlB'K 5.5 指定波导的路径 78 /MY9
> 5.6 运行模拟 79 IdYzgDH 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 '1,,)U#6E 5.8 应用VB脚本进行模拟 82 *n]7 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 s2?T5oWU 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 V/cP4{L 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 `U+l?S^$ 6.2 定义布局结构 89 p
raaY}} 6.3 绘制并定位波导 91 >AoK/(yL. 6.4 生成布局脚本 95 f|^dD` 6.5 插入和编辑输入面 97 IG(?xf\C 6.6 运行模拟 98 l"\~yNgk 6.7 修改布局脚本 100 I1[g&9, 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 SH*C" 7 应用预定义扩散过程 104 7.DtdyM 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 $0bjKy 7.2 定义布局设置 106 ^TMJ8`e 7.3 设计波导 107 vN2u34 7.4 设置模拟参数 108 [:xiZ 7.5 运行模拟 110 5H=ko8fZ= 7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散,创建一个掩埋波导 111 KD/V aN 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 [M.f-x: 7.8 添加一个新的轮廓 111 $P1O>x>LIL 7.9 创建上方的线性波导 112 *x)Ozfe 8 各向异性BPM 115 \Mg`(,kwe 8.1 定义材料 116 qwIa?!8o 8.2 创建轮廓 117 gp$Ucfu' 8.3 定义布局设置 118 XU+<?%u}z 8.4 创建线性波导 120 )tCX
y4 8.5 设置模拟参数 121 PW3GL3+ 8.6 预览介电常数分量 122 `ptj?6N- 8.7 创建输入面 123 >A0k 8T 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 8q1wHZ 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 ]skkoM 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 ;raN 9.2 定义布局设置 130 .uNQBBNv 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 h" H2z1$ 9.4 编辑输入平面 132 "V&+7"Q 9.5 设置模拟参数 134 9-]i.y 9.6 运行模拟 135 p7:{^ 10 电光调制器 138 @ym/27cRE 10.1 定义电解质材料 139 VCtH%v#S;. 10.2 定义电极材料 140 j5
g# M 10.3 定义轮廓 141 upeU52@\ 10.4 绘制波导 144 6U^\{<h_c 10.5 绘制电极 147 zG e'*Qei 10.6 静电模拟 149 [`]4P& 10.7 电光模拟 151 _|"Y]:j_ 11 折射率(RI)扫描 155 Rq[ M29 11.1 定义材料和通道 155 ID.n1i3 11.2 定义布局设置 157 ?<6CFH] 11.3 绘制线性波导 160 u_7~TE3W 11.4 插入输入面 160 lg047K 11.5 创建脚本 161 jE#O>3+. 11.6 运行模拟 163 M-i_#EWP 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 /m!Cc/Hv 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 iS5W>1] 12.1 定义材料 165 u*qV[y5Bl 12.2 创建参考轮廓 166 7Sz?S_N/j 12.3 定义布局设置 166 *6 _tQ9G 12.4 用户自定义轮廓 167 J)mhu} 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 [o*7FEM|< 13 马赫-泽德干涉仪开关 172 K-&V,MI 13.1 定义材料 173 J[^}u_z 13.2 创建钛扩散轮廓 173 o!4!"O'E 13.3 定义晶圆 174 _gD
pKEaY 13.4 创建器件 175 5s{ABJ\@V 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 }8;[O
9 13.6 定义电极区域 178 XJ2^MF2BU 13.7 定义输入平面和模拟参数 182 `GXkF:f= 13.8 运行模拟 182 3BpZX`l*p 13.9 创建脚本 184 Z'H5,)j0R 14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186 JoSJH35=: 14.1 理论背景 186 D5~n/.B" 14.2 波导Vertical Offset位置设置 189 waKT{5k 14.3 生成脚本数据 190 QJ|a p4r 14.4 导出散射数据 193 4e;QiTj 14.5 创建臂 194 S~]mWxgZ 14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197 z"*/mP2 14.7 加载两个臂的文件 200 Z@Ae$ '9H 14.8 在OptiSystem内完成布局 201 'Wa,OFd\8 14.9 连接元件 202 ^[15&T5 14.10 运行模拟 203 nNXgW 14.11 创建图以查看结果 204 oA1a /[# 有兴趣可以扫码加微咨询 -gQCn>" ~{}#)gGU 9;xM%
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