光波导——OptiBPM入门教程
前 言 .:A&5Y-
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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。 4Tn97G7
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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。 =BVBC h
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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。 rpM j DjW
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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。 h:~
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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。 =DLVWz/<
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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 ~ "stI
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上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 8%#pv}
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目 录 9Pjw< xt
1 入门指南 4 XyrQJ}WR|
1.1 OptiBPM安装及说明 4 /A"UV\H`f
1.2 OptiBPM简介 5 k:* (..!0z
1.3 光波导介绍 8 &eY& 6I
1.4 快速入门 8 atYe$Db
2 创建一个简单的MMI耦合器 28 'l&bg 8K9
2.1 定义MMI耦合器材料 28 4 #Id0['
2.2 定义布局设置 29 U%H6jVE
2.3 创建一个MMI耦合器 31 zA%$l&QN]
2.4 插入input plane 35 Ers8J V
2.5 运行模拟 39 uraT$Q}
2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 o@ W:PmKW
3 创建一个单弯曲器件 44 LY1dEZ-)A
3.1 定义一个单弯曲器件 44 R~! md
3.2 定义布局设置 45 4 elA<<
3.3 创建一个弧形波导 46 r"_SL!,^
3.4 插入入射面 49 z!>ml3
3.5 选择输出数据文件 53 wgFAPZr
3.6 运行模拟 54 #-9@*FFL,
3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 =+"=|cQ
4 创建一个MMI星形耦合器 60 U?&&yynK
4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 Io \tZXB
4.2 定义布局设置 61 CaqqH`/E4
4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 i;I!Jc_b'
4.4 插入输入面 62
iJVm=0WS^
4.5 运行模拟 63 5rlZ'>I.
4.6 预览最大值 65 b|E1>Tk Y
4.7 绘制波导 69 }KFM8CbS
4.8 指定输出波导的路径 69 Wj"GS!5
4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 Vk?US&1q}
4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 }Sv\$h
4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 y vo4 .u
5 基于VB脚本进行波长扫描 75 $Fik]TbQp
5.1 定义波导材料 75 ,*j@Zb_r
5.2 定义布局设置 76 I_3{i`g
5.3 创建波导 76 X].Igb)2
5.4 修改输入平面 77 Yu_`
>s o
5.5 指定波导的路径 78 <0!)}O
5.6 运行模拟 79 kJK:1;CM?.
5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 _ Y8j l,J
5.8 应用VB脚本进行模拟 82 xY$@^(Q\
5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 3 Q~zli:
6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 +?bjP6w_g
6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 aa,^+^ J
6.2 定义布局结构 89 Mv7=ZA m
6.3 绘制并定位波导 91 ,@r 0-gL
6.4 生成布局脚本 95 IfzZ\ x
.
6.5 插入和编辑输入面 97 H#FH '@J
6.6 运行模拟 98 Rn5{s3?F~2
6.7 修改布局脚本 100 z%44@TP
6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 qJY EsI2M
7 应用预定义扩散过程 104 -,^Z5N#\|
7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 ^K fm( E
7.2 定义布局设置 106 Dhzm C
7.3 设计波导 107 i f !
7.4 设置模拟参数 108 #Pe|}!)u
7.5 运行模拟 110 QrRnXlE M8
7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散，创建一个掩埋波导 111 =}m'qy
7.7 将模板以新的名称进行保存 111 uL9O_a;!
7.8 添加一个新的轮廓 111 Y rmd
hSY
7.9 创建上方的线性波导 112 s]Qo'q2
8 各向异性BPM 115 1CA% nqlng
8.1 定义材料 116 JYO ("f
8.2 创建轮廓 117 p n(y4we
8.3 定义布局设置 118 I|R;)[;X
8.4 创建线性波导 120 meArS*d
8.5 设置模拟参数 121 qz&?zzz ;
8.6 预览介电常数分量 122 h}yfL@
8.7 创建输入面 123 c);vl%
8.8 运行各向异性BPM模拟 124 bguTWI8bk
9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 ~U<=SyZYo
9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 H rI(uZ]
9.2 定义布局设置 130 e(Y5OTus
9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 I,@
6w
9.4 编辑输入平面 132 Pm== m9
9.5 设置模拟参数 134 9Z
lfY 1=
9.6 运行模拟 135 0+6=a g%
10 电光调制器 138
O2N~&<^
10.1 定义电解质材料 139 ~__rI-/_
10.2 定义电极材料 140 T/iZ"\(~w
10.3 定义轮廓 141 k4`(7Z
10.4 绘制波导 144 E<r<ObeRv`
10.5 绘制电极 147 E5
uk<e_
10.6 静电模拟 149 z\c$$ +t
10.7 电光模拟 151 m)e~HP7M
11 折射率(RI)扫描 155 $64sf?aZ>#
11.1 定义材料和通道 155 lnv&fu`1P
11.2 定义布局设置 157 ]@
N::!m
11.3 绘制线性波导 160 eoxEnCU
11.4 插入输入面 160 " mB
/"
11.5 创建脚本 161 cn2SMa[@S
11.6 运行模拟 163 mV#U=zqb!S
11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 &2,^CG
12 应用用户自定义扩散轮廓 165 %z"n}|%!
12.1 定义材料 165 UaXWHCm`
12.2 创建参考轮廓 166
\JBPZ~N3
12.3 定义布局设置 166 ujh`&GiB+
12.4 用户自定义轮廓 167 _FP'SVa}D
12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 Yk= 2ld;;
13 马赫-泽德干涉仪开关 172 LZ z] 4Mf
13.1 定义材料 173 O>[B"mM t
13.2 创建钛扩散轮廓 173 sjG@4Or
13.3 定义晶圆 174
grTwo
13.4 创建器件 175 sPRo=LB
13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 DH! _UV
13.6 定义电极区域 178 k`NXYf:
xew s~74L
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