波导光通信——《OptiBPM入门教程》

前言

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。

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。

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。

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。

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。

《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

上海讯技光电科技有限公司

2021年4月

目录
1 入门指南 4
1.1 OptiBPM安装及说明 4
1.2 OptiBPM简介 5
1.3 光波导介绍 8
1.4 快速入门 8
2 创建一个简单的MMI耦合器 28
2.1 定义MMI耦合器材料 28
2.2 定义布局设置 29
2.3 创建一个MMI耦合器 31
2.4 插入input plane 35
2.5 运行模拟 39
2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43
3 创建一个单弯曲器件 44
3.1 定义一个单弯曲器件 44
3.2 定义布局设置 45
3.3 创建一个弧形波导 46
3.4 插入入射面 49
3.5 选择输出数据文件 53
3.6 运行模拟 54
3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57
4 创建一个MMI星形耦合器 60
4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60
4.2 定义布局设置 61
4.3 创建一个MMI星形耦合器 61
4.4 插入输入面 62
4.5 运行模拟 63
4.6 预览最大值 65
4.7 绘制波导 69
4.8 指定输出波导的路径 69
4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71
4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72
4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74
5 基于VB脚本进行波长扫描 75
5.1 定义波导材料 75
5.2 定义布局设置 76
5.3 创建波导 76
5.4 修改输入平面 77
5.5 指定波导的路径 78
5.6 运行模拟 79
5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81
5.8 应用VB脚本进行模拟 82
5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84
6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88
6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88
6.2 定义布局结构 89
6.3 绘制并定位波导 91
6.4 生成布局脚本 95
6.5 插入和编辑输入面 97
6.6 运行模拟 98
6.7 修改布局脚本 100
6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102
7 应用预定义扩散过程 104
7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104
7.2 定义布局设置 106
7.3 设计波导 107
7.4 设置模拟参数 108
7.5 运行模拟 110
7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散，创建一个掩埋波导 111
7.7 将模板以新的名称进行保存 111
7.8 添加一个新的轮廓 111
7.9 创建上方的线性波导 112
8 各向异性BPM 115
8.1 定义材料 116
8.2 创建轮廓 117
8.3 定义布局设置 118
8.4 创建线性波导 120
8.5 设置模拟参数 121
8.6 预览介电常数分量 122
8.7 创建输入面 123
8.8 运行各向异性BPM模拟 124
9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127
9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128
9.2 定义布局设置 130
9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130
9.4 编辑输入平面 132
9.5 设置模拟参数 134
9.6 运行模拟 135
10 电光调制器 138
10.1 定义电解质材料 139
10.2 定义电极材料 140
10.3 定义轮廓 141
10.4 绘制波导 144
10.5 绘制电极 147
10.6 静电模拟 149
10.7 电光模拟 151
11 折射率(RI)扫描 155
11.1 定义材料和通道 155
11.2 定义布局设置 157
11.3 绘制线性波导 160
11.4 插入输入面 160
11.5 创建脚本 161
11.6 运行模拟 163
11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163
12 应用用户自定义扩散轮廓 165
12.1 定义材料 165
12.2 创建参考轮廓 166
12.3 定义布局设置 166
12.4 用户自定义轮廓 167
12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170
13 马赫-泽德干涉仪开关 172
13.1 定义材料 173
13.2 创建钛扩散轮廓 173
13.3 定义晶圆 174
13.4 创建器件 175
13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177
13.6 定义电极区域 178
[table=772][tr][td][table=712,#ffffff,,0][tr][td]
13.7 定义输入平面和模拟参数 182
13.8 运行模拟 182
13.9 创建脚本 184
14 应用OptiBPM和OptiSystem进行光集成电路模拟-散射数据导出 186
14.1 理论背景 186
14.2 波导Vertical Offset位置设置 189
14.3 生成脚本数据 190
14.4 导出散射数据 193
14.5 创建臂 194
14.6 在OptiSystem内加载*.s文件 197
14.7 加载两个臂的文件 200
14.8 在OptiSystem内完成布局 201
14.9 连接元件 202
14.10 运行模拟 203
14.11 创建图以查看结果 204

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