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前 言 @)8QxI^3[ yqF$J"=| 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。 :<OInKE>Cx S8O^^jJq; 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。 ?-g=Rfpag K_iy^|0)5] 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。 :\@WY lD!o4ZAo 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。 v^aARIg J?XEF@?'G 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。 T/
CI?sn fCSM#3|,] 《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 J}7iXTh *'+OA6 上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 "h/{YjUS k;p:P ?s5Y 目 录 #&G^%1! 1 入门指南 4 A/W-'%+` 1.1 OptiBPM安装及说明 4 ]@o p 1.2 OptiBPM简介 5 .`!|^h%0 1.3 光波导介绍 8 |X9YVZC 1.4 快速入门 8 4WnB{9
i`I 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 "D7*en 2.1 定义MMI耦合器材料 28 Urhh)i 2.2 定义布局设置 29 hq.z:D 2.3 创建一个MMI耦合器 31 H#8]Lb@@: 2.4 插入input plane 35 9YMUvd,u 2.5 运行模拟 39 [8/E ;h 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 br"p D-} 3 创建一个单弯曲器件 44 _9E7;ew 3.1 定义一个单弯曲器件 44 XljiK8q;% 3.2 定义布局设置 45 N}wi<P:*) 3.3 创建一个弧形波导 46 n
5NkjhP~Z 3.4 插入入射面 49 m,3?*0BMp= 3.5 选择输出数据文件 53 9hI4',(rE 3.6 运行模拟 54 E9 QA<w 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 x%ZjGDF m 4 创建一个MMI星形耦合器 60 KIdlndGs 4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 tFvti5 4.2 定义布局设置 61 TL+a_]3@ 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 __""!Yz 4.4 插入输入面 62 F;jl0)fBR= 4.5 运行模拟 63 MpM-xz~ 4.6 预览最大值 65
o@_pV 4.7 绘制波导 69 +nRO< 4.8 指定输出波导的路径 69 A'qJke= 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 /Cr0jWu
_ 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 ,,oiL 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 m~\BkE/[l 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 3|%Q{U 5.1 定义波导材料 75 E9{Gaa/{ 5.2 定义布局设置 76 MP?9k )f 5.3 创建波导 76 \;p5Pagx0- 5.4 修改输入平面 77 z6bTcs"7h 5.5 指定波导的路径 78 Oh<[8S7]C 5.6 运行模拟 79 \1f$]oS 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 ghJ81 5.8 应用VB脚本进行模拟 82 IuTZ2~ 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 pL>Q'{7s3 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 xfqgK D> 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 r4jW=?| 6.2 定义布局结构 89 l%lkDh!$" 6.3 绘制并定位波导 91
yowvq4e 6.4 生成布局脚本 95 M cE$=Vv 6.5 插入和编辑输入面 97 g ZhE\ 6.6 运行模拟 98 b mZRCvW>A 6.7 修改布局脚本 100 2}1(j 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 G@h6>O 7 应用预定义扩散过程 104 -G]\"ZGi 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 ofl3G
{u 7.2 定义布局设置 106 -O3^q. 7.3 设计波导 107 Y1txI 7.4 设置模拟参数 108 g^"",!J/ 7.5 运行模拟 110 bAt%^pc=y 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;lIw)Ti 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 mkTf}[O 7.8 添加一个新的轮廓 111 ?Jm/v%0O 7.9 创建上方的线性波导 112 p+#J;. 8 各向异性BPM 115 k}l5v)m 8.1 定义材料 116 {<ymL} 8.2 创建轮廓 117 Skl1%` 8.3 定义布局设置 118 l%.3hId- 8.4 创建线性波导 120 ):jKsP
, 8.5 设置模拟参数 121 -ZH]i}$ 8.6 预览介电常数分量 122 Qs8iu`' 8.7 创建输入面 123 R>BI;IcX 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 {w}PV5< 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 "EF:+gi#" 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 c, \TL
] 9.2 定义布局设置 130 zm\=4^X 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 X !NH?0) 9.4 编辑输入平面 132 ]3xnq< 9.5 设置模拟参数 134 8 wQV^G 9.6 运行模拟 135 C78YHjy 10 电光调制器 138 `,tv&siSA 10.1 定义电解质材料 139 ()v[@"J 10.2 定义电极材料 140 /A[AHJ<[? 10.3 定义轮廓 141
Pe!uk4}w 10.4 绘制波导 144 o5mt7/5[i 10.5 绘制电极 147 [Nr6qxWg 10.6 静电模拟 149 T/MbEqAf 10.7 电光模拟 151 :,y V?E6] 11 折射率(RI)扫描 155 PDvqA{ 11.1 定义材料和通道 155 2sjV*\Udf 11.2 定义布局设置 157 :)t1>y>3 11.3 绘制线性波导 160 1[D~Eep 11.4 插入输入面 160 *5sr\b4#S 11.5 创建脚本 161 g&O%qX- 11.6 运行模拟 163 6gY5v@!w 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 [G+M94[A 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 #?YQ&o~gZ 12.1 定义材料 165 cgc|G 12.2 创建参考轮廓 166 thOQcOf0$ 12.3 定义布局设置 166 N-]h+Cnyu 12.4 用户自定义轮廓 167 pY!@w0. 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 P )_g t 13 马赫-泽德干涉仪开关 172 zGj0'!!- 13.1 定义材料 173 M/:kh,3 13.2 创建钛扩散轮廓 173 \;I%>yOIu 13.3 定义晶圆 174 #JYv1F 13.4 创建器件 175 Tf
Q(f? 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 ,E$^i~OO 13.6 定义电极区域 178 PbJn8o 13.7 定义输入平面和模拟参数 182 K SDo)7` 13.8 运行模拟 182 {tk42}8k 13.9 创建脚本 184 Dsw(ti`@ 14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186 f}Eoc>n 14.1 理论背景 186 acdaDY 14.2 波导Vertical Offset位置设置 189 ;t:B:4r(j 14.3 生成脚本数据 190 8k2prv^ 14.4 导出散射数据 193 ox{)O/aj 14.5 创建臂 194 i*#Gq6qZq 14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197 NcZ6!wWdE 14.7 加载两个臂的文件 200 }=?kf3k 14.8 在OptiSystem内完成布局 201 (WCpaC 14.9 连接元件 202 K;,n?Q w 14.10 运行模拟 203 :@KWp{ D7 14.11 创建图以查看结果 204 W=&\d`><k 有兴趣可以扫码加微咨询 b4Zkj2L 5 .0BaVwi /P<RYA~
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