光波导《OptiBPM入门教程》
前 言 j.m(ltGh
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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。 a~PK
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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。 =2Cj ,[$
X(@uw X$m
通过OptiBPM，科研人员可以同时观察近场分布（包含幅度、相位等），检测辐射以及方向场（Guided Field）。OptiBPM能够提升科研人员在波导器件设计的效率，减小风险并降低整体研发产品成本。 m&*JMA;^
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本书详细描述了各类光波导模型的创建以及分析方法，旨在帮助OptiBPM软件初学者快速学会常用的软件功能。本书主要参考OptiWave公司发布的案例以及相关操作手册翻译整理而成。 DY\J[l<<
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本书第一章主要介绍了软件的安装方法以及软件的开发背景，第二~十三章，分别描述了如何创建以及分析常见的波导类器件，如MMI耦合器、MMI星形耦合器、3dB耦合器、电光调制器、Chip-to-Fiber对接耦合器、马赫泽德干涉仪等，并包含了创建各类波导的方法和分析方法，如参数扫描，脚本自定义等。第十四章主要描述了如何将OptiBPM设计的元器件，导入到OptiSystem（一款光通信系统模拟仿真软件）中做联合仿真，可以查看此元器件在光通信系统中的具体行为。 u0 QzLi,
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《OptiBPM入门指南》，是由上海讯技光电工程师翻译整理而来，译者希望本书能够对OptiBPM的使用者有所帮助，通过学习后能够较好的掌握OptiBPM软件的基本使用方法。由于译者水平有限，书中错误纰漏之处在所难免，敬请同行读者批评和指正 MSw$_d
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上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 H,QTYXi "
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目 录 AY,].Zg[
1 入门指南 4 0.Ta Xbi
1.1 OptiBPM安装及说明 4 ICC%,$C~l
1.2 OptiBPM简介 5 -0Cnp/Yj@
1.3 光波导介绍 8 mh.+. "<)F
1.4 快速入门 8 ?QZ"JX])
2 创建一个简单的MMI耦合器 28 ea'&xs#GK
2.1 定义MMI耦合器材料 28 i/H+xrCK
2.2 定义布局设置 29 l{Dct\ #s
2.3 创建一个MMI耦合器 31 3djC;*, 9,
2.4 插入input plane 35 A\fb<
2.5 运行模拟 39 9 QQyl\
2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 gNYqAUG5
3 创建一个单弯曲器件 44 .,0b E
3.1 定义一个单弯曲器件 44 q_kdCO{:df
3.2 定义布局设置 45 Wp)*Mbq@
3.3 创建一个弧形波导 46 99x Em
3.4 插入入射面 49 H+E$:)gN
3.5 选择输出数据文件 53 e:'?*BYVg3
3.6 运行模拟 54 UCW V2Mu
3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 iOAbaPN
4 创建一个MMI星形耦合器 60 SAY LG
4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 */:uV
B,b2
4.2 定义布局设置 61 ]:>,A@7
4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 #>lG7Ns|4
4.4 插入输入面 62 b~=0[Rv
4.5 运行模拟 63 VTy9_~q
4.6 预览最大值 65 Q7 Iw[=;\
4.7 绘制波导 69 js i Sg/
4.8 指定输出波导的路径 69 >NY W{(j
4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 I9h ?;(
4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 @+3kb.P%7
4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 xvl3vAN9
5 基于VB脚本进行波长扫描 75 Ym% xx!9
5.1 定义波导材料 75 ) e5 @
5.2 定义布局设置 76 8>hwK )av
5.3 创建波导 76 @)o^uU T
5.4 修改输入平面 77 ^8.]d~j
5.5 指定波导的路径 78 .7K7h^*F
5.6 运行模拟 79 >
pI;%'
5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 $9Hcdbdm
5.8 应用VB脚本进行模拟 82 RuII!}*
5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 C8
\5A8c
6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 &f-Uyr7?
6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 p
w8 s 8?
6.2 定义布局结构 89 O
T.*pk+<)
6.3 绘制并定位波导 91 C74a(Bk}H
6.4 生成布局脚本 95 pe^u$YE
6.5 插入和编辑输入面 97 '!/<P"5t
6.6 运行模拟 98 *G*
k6.9W!
6.7 修改布局脚本 100 ggJO:$?$L
6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 6I@h9uIsze
7 应用预定义扩散过程 104 ;L']e"G
7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 u ~A6bK*
7.2 定义布局设置 106 y;s`P .
7.3 设计波导 107 ty8v
6J#
7.4 设置模拟参数 108 H$y-8-&)
7.5 运行模拟 110 ]]zPq<b2
7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散，创建一个掩埋波导 111 Na:w ]r:y
7.7 将模板以新的名称进行保存 111 H1}
RWaJ
7.8 添加一个新的轮廓 111 [VE 8V-
7.9 创建上方的线性波导 112 8F'x= lIO
8 各向异性BPM 115 I:mr}mv=i
8.1 定义材料 116 \o tWd
8.2 创建轮廓 117 PYGRsrcFd#
8.3 定义布局设置 118 {{QELfH2
8.4 创建线性波导 120 w @{= nD4p
8.5 设置模拟参数 121 @nux9MX<9
8.6 预览介电常数分量 122 G K7![p
8.7 创建输入面 123 2 B
8.8 运行各向异性BPM模拟 124 Za 1QC;7
9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 6_FE 4RR[
9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 2AMo:Jqv
9.2 定义布局设置 130 /pT =0=
9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 Ymg|4 %O@
9.4 编辑输入平面 132 <ZNzVnVA
9.5 设置模拟参数 134 1,% R;7J=g
9.6 运行模拟 135 +mn ,F};
10 电光调制器 138 N<XNTf
10.1 定义电解质材料 139 iv4H#rJ
10.2 定义电极材料 140 L U={")TdQ
10.3 定义轮廓 141 mWsI}2
10.4 绘制波导 144 ]@phF _
10.5 绘制电极 147 t+!$[K0/
10.6 静电模拟 149 <$IM8Y5p+w
10.7 电光模拟 151 $42{HFGq
11 折射率(RI)扫描 155 tP$ <UKtU
11.1 定义材料和通道 155 K1M%!JKh)x
11.2 定义布局设置 157 ?`PvL!'
11.3 绘制线性波导 160 ui/a|Q
11.4 插入输入面 160 5:KQg
11.5 创建脚本 161 :g Wu9Y|{
11.6 运行模拟 163 toBHkiuD
11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 }khV'6"'|
12 应用用户自定义扩散轮廓 165 M 0U 0;QJ
12.1 定义材料 165 #Up86(Z
12.2 创建参考轮廓 166 V<T9 &8l+:
12.3 定义布局设置 166 hYG6 pTCb
12.4 用户自定义轮廓 167 a6) BqlJ
12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 Ezd_`_@R
13 马赫-泽德干涉仪开关 172 woGAf)vV#
13.1 定义材料 173 @~"h62=]
-
13.2 创建钛扩散轮廓 173 1cpiHZa
13.3 定义晶圆 174 .uMn0PE
13.4 创建器件 175 CTq&-l:f
13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 h7lDHIQf
13.6 定义电极区域 178 l)1r+@) \
yerg=,$_i
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