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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。 fzVN;h QsPg4y3?D 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。 fup?Mg- xc-[gt6 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。 .KG9YGL# 4`o0?_.' 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。 ?z|Bf@TJ[+ `K@N\VM 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。 ]qZj@0#7n IC"ktv bHz 《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 M`Wk@t6> qp*~| 上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 <#"_Qgdix BZTj>yd 目 录 %@ >^JTkY8 1 入门指南 4 Z$c&Y>@) 1.1 OptiBPM安装及说明 4 O%bltNEx1 1.2 OptiBPM简介 5 LZG(T$dI 1.3 光波导介绍 8 `=V1w4J 1.4 快速入门 8 GNwFB)?j 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 f6SXXkO+ 2.1 定义MMI耦合器材料 28 K5bR7f: 2.2 定义布局设置 29 ^wSGrV' 2.3 创建一个MMI耦合器 31 &xUCXj2-z 2.4 插入input plane 35 =B+dhZ+#S$ 2.5 运行模拟 39 ;D-k\kv 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43
HC/a 3 创建一个单弯曲器件 44 ]X7_ji(l, 3.1 定义一个单弯曲器件 44 QTF1~A\ 3.2 定义布局设置 45 ~ [/jk !G 3.3 创建一个弧形波导 46 *'-C/ 3.4 插入入射面 49 BuAzO>= 3.5 选择输出数据文件 53 "p+oi@ 3.6 运行模拟 54 }9B}, 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 IcqzMmb 4 创建一个MMI星形耦合器 60 >e.vUUQ{ 4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 =d~pr:.F 4.2 定义布局设置 61 dKXzFyW 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 &'DR`e O) 4.4 插入输入面 62 ZF#lh] 4.5 运行模拟 63 dpge:Qhr 4.6 预览最大值 65 Kx[+$Qt 4.7 绘制波导 69 MYxuQ |w 4.8 指定输出波导的路径 69 :KRNLhWb 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 yO\bVu5V 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 ,G?Kb# 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 c9nv=?/}f 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 v13\y^t 5.1 定义波导材料 75 =SW <Vhtb 5.2 定义布局设置 76 i8cmT+}> 5.3 创建波导 76 $%&OaAg 5.4 修改输入平面 77 HpeU'0u0VK 5.5 指定波导的路径 78 %/nDG9l 5.6 运行模拟 79 -!T24/l 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81
H8@z/ 5.8 应用VB脚本进行模拟 82 >x~Qa@s; 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 /-^{$$eu 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 C!v%6[ 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 m>w{vqPwJ 6.2 定义布局结构 89 l]R7A_| 6.3 绘制并定位波导 91 n#?y;Y\ 6.4 生成布局脚本 95 >*^SQ{9 6.5 插入和编辑输入面 97 %bdBg 6.6 运行模拟 98 SuV3$-);z 6.7 修改布局脚本 100 ?caHS2%?ae 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 #+h#b%8 7 应用预定义扩散过程 104 .k
up[d( 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 v$;URF%^ 7.2 定义布局设置 106 Y@Ry
oJ 7.3 设计波导 107 &(o&Y 7.4 设置模拟参数 108 BG4TUt 7.5 运行模拟 110 d[H`Fe6h 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>4p6H{]0' 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 hv|-`}#0
7.8 添加一个新的轮廓 111 @L607[!? 7.9 创建上方的线性波导 112 mZ?QtyljT 8 各向异性BPM 115 /
U~yYh 8.1 定义材料 116 CNWA!1n^Hy 8.2 创建轮廓 117 r4?|sAK 8.3 定义布局设置 118 66MUrNW 8.4 创建线性波导 120 HB<>x 8.5 设置模拟参数 121 (v0Q.Q@< 8.6 预览介电常数分量 122 3:OqD~,zy 8.7 创建输入面 123 >B$ IrM7J 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 NOAz"m+o 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 (2 hI 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 vMJ_n=Vf 9.2 定义布局设置 130 GbkDs- 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 j(pe6 9.4 编辑输入平面 132 VYH
$em6 9.5 设置模拟参数 134 OwDwa~ 9.6 运行模拟 135 d7Cs a
c 10 电光调制器 138 C(xsMO'k,, 10.1 定义电解质材料 139 ?ZhBS3L 10.2 定义电极材料 140 4^ 0CHy 10.3 定义轮廓 141 $p}q,f. 10.4 绘制波导 144 \ZSq ZDq 10.5 绘制电极 147 PVQn$-aq1 10.6 静电模拟 149 r'*#i>PkQD 10.7 电光模拟 151 (2RuQgO 11 折射率(RI)扫描 155 u@Z6)r' 11.1 定义材料和通道 155 au+:-Khm 11.2 定义布局设置 157 x.I?)x!C' 11.3 绘制线性波导 160 G}dq
ft5" 11.4 插入输入面 160 S[l z>I 11.5 创建脚本 161 J0t_wMJa 11.6 运行模拟 163 O_DT7;g 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 `0W+(9} 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 9T2y2d!X 12.1 定义材料 165 x_(K%0+Ca 12.2 创建参考轮廓 166 zTn.#-7y 12.3 定义布局设置 166 \~C/ 12.4 用户自定义轮廓 167 Ubwmn!~ 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 90=gP 13 马赫-泽德干涉仪开关 172 ' 1dhdm8 13.1 定义材料 173 PFbkkQKsT 13.2 创建钛扩散轮廓 173 {Q^ -
13.3 定义晶圆 174 qzu(4*Gk6 13.4 创建器件 175 O4^' H}* 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 M2qor.d 13.6 定义电极区域 178 #A<
|qd nbDjoZZ4 13.7 定义输入平面和模拟参数 182 sv!6zJs 13.8 运行模拟 182 ,GtN6? 13.9 创建脚本 184 &o`LT|*m 14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186 9SU/86|N 14.1 理论背景 186 FaaxfcIfkw 14.2 波导Vertical Offset位置设置 189 ogdgLTi 14.3 生成脚本数据 190 m9ky?A, 14.4 导出散射数据 193 a,xy38T< 14.5 创建臂 194 8&7zV:= 14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197 +a+DiD>./ 14.7 加载两个臂的文件 200 uPb. uG 14.8 在OptiSystem内完成布局 201 P
qa;fiJ) 14.9 连接元件 202 dZCjg0cx 14.10 运行模拟 203 "(p&Oz 14.11 创建图以查看结果 204 R{9G$b1Due
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