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前 言 )gHfbUYS KK';ho,W 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。 63fgl+ 7t3ps 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。 2r"J"C UJiy]y 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。 <<Q}|$Wu Db K(Rh_
K 本书详细描述了各类光波导模型的创建以及分析方法,旨在帮助OptiBPM软件初学者快速学会常用的软件功能。本书主要参考OptiWave公司发布的案例以及相关操作手册翻译整理而成。 T&nIH[}v K"/3/`T 本书第一章主要介绍了软件的安装方法以及软件的开发背景,第二~十三章,分别描述了如何创建以及分析常见的波导类器件,如MMI耦合器、MMI星形耦合器、3dB耦合器、电光调制器、Chip-to-Fiber对接耦合器、马赫泽德干涉仪等,并包含了创建各类波导的方法和分析方法,如参数扫描,脚本自定义等。第十四章主要描述了如何将OptiBPM设计的元器件,导入到OptiSystem(一款光通信系统模拟仿真软件)中做联合仿真,可以查看此元器件在光通信系统中的具体行为。 H(gETRh d#CAP9n;' 《OptiBPM入门指南》,是由上海讯技光电工程师翻译整理而来,译者希望本书能够对OptiBPM的使用者有所帮助,通过学习后能够较好的掌握OptiBPM软件的基本使用方法。由于译者水平有限,书中错误纰漏之处在所难免,敬请同行读者批评和指正 >e^^YR^ I&9Itn p$ 上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 dvu8V_U f;=<$Y>i 目 录 Ih<.2 1 入门指南 4 6hiWgbE 1.1 OptiBPM安装及说明 4 Q*ixg$> 1.2 OptiBPM简介 5
rK[;wD< 1.3 光波导介绍 8 mMw--Gc? 1.4 快速入门 8 [?55vYt 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 ;R([w4[~ 2.1 定义MMI耦合器材料 28 J3XrlSc 2.2 定义布局设置 29 )Ah 7 2.3 创建一个MMI耦合器 31 WRp0. 2.4 插入input plane 35 )?{jD 2.5 运行模拟 39 d:#z{V_ 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 kfgkZ"9 3 创建一个单弯曲器件 44 9/JBn 3.1 定义一个单弯曲器件 44 ?k^~qlye 3.2 定义布局设置 45 _>E=.$ 3.3 创建一个弧形波导 46 mRIBE9K+& 3.4 插入入射面 49 r1BL?&X- 3.5 选择输出数据文件 53 FGzn|I 3.6 运行模拟 54 w/e?K4 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 n.=Zw2FE 4 创建一个MMI星形耦合器 60 3}lIY7O 4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 8`z 4.2 定义布局设置 61 6xLQ 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 <-DQ(0xg 4.4 插入输入面 62 L:\>)6]Ls 4.5 运行模拟 63 <DN7 4.6 预览最大值 65 8GeJ%^0o} 4.7 绘制波导 69 0"{-<Wot} 4.8 指定输出波导的路径 69 & zv!cf 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 U%n>(!d 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 _+OCI%=: 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 P9)L1l<3I 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 ~;}uYJ 5.1 定义波导材料 75 -TS5g1 5.2 定义布局设置 76 W[:CCCDL 5.3 创建波导 76 q1Ad"rm 5.4 修改输入平面 77 |W*5<2Q9 5.5 指定波导的路径 78 S1#5oy2 5.6 运行模拟 79 yN/g;bQ 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 3e9UD N2 5.8 应用VB脚本进行模拟 82 mFmxEv 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 jLn|zK 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 $Lz!04 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 (duR1Dz 6.2 定义布局结构 89 =>XjChM 6.3 绘制并定位波导 91 z.^_;Vql_ 6.4 生成布局脚本 95 nrR2U` 6.5 插入和编辑输入面 97 V
n+a-v 6.6 运行模拟 98 29zMs9oKPP 6.7 修改布局脚本 100 Dq-[b+bm 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 [ldBI3 7 应用预定义扩散过程 104 =7[}:haB{ 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 cRE6/qrXGg 7.2 定义布局设置 106 ZiPz~G0[^ 7.3 设计波导 107 V -_MwII- 7.4 设置模拟参数 108 ^kke 7.5 运行模拟 110 \Hw*q| 7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散,创建一个掩埋波导 111 ~~@dbB 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 `FwE^_9d 7.8 添加一个新的轮廓 111 ?6UjD5NkX 7.9 创建上方的线性波导 112
#jsN 8 各向异性BPM 115 h]vEXWpG ] 8.1 定义材料 116 w3#0kl 8.2 创建轮廓 117 -qBdcbi|x) 8.3 定义布局设置 118 EQQ@nW{; 8.4 创建线性波导 120 Zs8]A0$ 8.5 设置模拟参数 121 2f1Q&S 8.6 预览介电常数分量 122 6z]y
=J 8.7 创建输入面 123 $)$_}^.k 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 4 !m'9 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 0oZZLi 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 T[<554
9.2 定义布局设置 130 u@tH6k*cBz 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 q/Zs]Gz 9.4 编辑输入平面 132 N) PkE>%X 9.5 设置模拟参数 134 `KZu/r-M9 9.6 运行模拟 135 N,UUM|?9_ 10 电光调制器 138 zK>m4+)~ 10.1 定义电解质材料 139 ^CgN>-xZ?# 10.2 定义电极材料 140 _SkiO}c8 10.3 定义轮廓 141 ;NQ}c"9 10.4 绘制波导 144 L9oLdWa(C 10.5 绘制电极 147 -q8l"i>h= 10.6 静电模拟 149 dc0&*/`: 10.7 电光模拟 151 4 Dy1M}7 11 折射率(RI)扫描 155 ObJ-XNcNH 11.1 定义材料和通道 155 z]KJ4 11.2 定义布局设置 157 LG:d
11.3 绘制线性波导 160 j#u{(W'r 11.4 插入输入面 160
N3zZ>#{ 11.5 创建脚本 161 gW<4E=fl 11.6 运行模拟 163 B`||4* 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 L)4~:f)B 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 u8t|!pMF8 12.1 定义材料 165 zeq")A 12.2 创建参考轮廓 166 ^cE {Uv 12.3 定义布局设置 166 S}cR+d1}h 12.4 用户自定义轮廓 167 dkY JO! 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 $xK\$kw\ 13 马赫-泽德干涉仪开关 172 y4r?M8]"r 13.1 定义材料 173 HAo=t 13.2 创建钛扩散轮廓 173 >?_}NZ,y 13.3 定义晶圆 174 59p'U /| 13.4 创建器件 175 aXzb]"> 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 cucmn*o? 13.6 定义电极区域 178 ? JTTl; 13.7 定义输入平面和模拟参数 182 1GIBqs~- 13.8 运行模拟 182 2h#.:!/SMw 13.9 创建脚本 184 \B:k|Pw6~ 14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186 )wXE\$ 14.1 理论背景 186 ]*g f$D 14.2 波导Vertical Offset位置设置 189 >ts}\.(] 14.3 生成脚本数据 190 <lNNT6[/r 14.4 导出散射数据 193 aOd|;Z 14.5 创建臂 194 R*D5n>~ 14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197 x^ `IZ{! 14.7 加载两个臂的文件 200 Ux{0)"fj 14.8 在OptiSystem内完成布局 201 MppT"t 14.9 连接元件 202 gz~ug35 14.10 运行模拟 203 u c}tTmB| 14.11 创建图以查看结果 204 ?3qp?ea 有兴趣可以扫码加微咨询 8aC=k@YE V#|/\-@ iz)r.TJ
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