《OptiBPM入门教程》
前 言 XJ^dX]4 @!1o +x 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。 ds}: t.3}6 \7n ;c 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。 2_'{f1bVxz z/dpnGX 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。 7_xQa$U[ [K1RP. 本书详细描述了各类光波导模型的创建以及分析方法,旨在帮助OptiBPM软件初学者快速学会常用的软件功能。本书主要参考OptiWave公司发布的案例以及相关操作手册翻译整理而成。 V^sZXdDNL IH(]RHTp% 本书第一章主要介绍了软件的安装方法以及软件的开发背景,第二~十三章,分别描述了如何创建以及分析常见的波导类器件,如MMI耦合器、MMI星形耦合器、3dB耦合器、电光调制器、Chip-to-Fiber对接耦合器、马赫泽德干涉仪等,并包含了创建各类波导的方法和分析方法,如参数扫描,脚本自定义等。第十四章主要描述了如何将OptiBPM设计的元器件,导入到OptiSystem(一款光通信系统模拟仿真软件)中做联合仿真,可以查看此元器件在光通信系统中的具体行为。 Ha>Hb` C @3a/<6m 《OptiBPM入门指南》,是由上海讯技光电工程师翻译整理而来,译者希望本书能够对OptiBPM的使用者有所帮助,通过学习后能够较好的掌握OptiBPM软件的基本使用方法。由于译者水平有限,书中错误纰漏之处在所难免,敬请同行读者批评和指正 5?9K%x'b Ro\ U T64
上海讯技光电科技有限公司 2021年4月 7jPPN U$-Gc[=| 目 录 { }Q!./5 1 入门指南 4 >c
%*:a 1.1 OptiBPM安装及说明 4 *DfwTbg| 1.2 OptiBPM简介 5 v50w}w' 1.3 光波导介绍 8 u*u3<YQ 1.4 快速入门 8 m?G@#[
l 2 创建一个简单的MMI耦合器 28 sl?> X)} 2.1 定义MMI耦合器材料 28 A/:^l%y,GZ 2.2 定义布局设置 29 4BF
\-lq~ 2.3 创建一个MMI耦合器 31 PWUS@I 2.4 插入input plane 35 !:"$1kh1(" 2.5 运行模拟 39 b/"&E'5-`\ 2.6 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 43 *L7&P46 3 创建一个单弯曲器件 44 jiw5>RNt 3.1 定义一个单弯曲器件 44 H%y!lR{c^D 3.2 定义布局设置 45 %{"v^4 3.3 创建一个弧形波导 46 )zn`qaHK@e 3.4 插入入射面 49 m/TjXA8_ 3.5 选择输出数据文件 53 ul@G{N{L 3.6 运行模拟 54 Y]MB/\gj 3.7 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 57 >(T)9fKF 4 创建一个MMI星形耦合器 60 "]H_;:{f 4.1 定义MMI星形耦合器的材料 60 ,cj531. 4.2 定义布局设置 61 $D&N^}alW 4.3 创建一个MMI星形耦合器 61 re}_+svU 4.4 插入输入面 62 rx[l7F
q 4.5 运行模拟 63 DD$YMM 4.6 预览最大值 65 J[ 0o6 4.7 绘制波导 69 <yt|!p-tS 4.8 指定输出波导的路径 69 B L^?1x 4.9 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 71 1V/?p<A 4.10 添加输出波导并预览仿真结果 72 $>if@}u 4.11 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 74 iG+hj:5 5 基于VB脚本进行波长扫描 75 9feVy\u
5.1 定义波导材料 75 _`|te|ccF 5.2 定义布局设置 76 e 97Ll=> 5.3 创建波导 76 Ov<EOK+^ 5.4 修改输入平面 77 {"e)Jj_= 5.5 指定波导的路径 78 %)o'9 5.6 运行模拟 79 yzI`&?
P2 5.7 在OptiBPM_Simulator中预览模拟结果 81 ^qR2 !fwm< 5.8 应用VB脚本进行模拟 82 L<dJWxf?D 5.9 在OptiBPM_Analyzer中查看模拟结果 84 "|k 4<"] 6 应用VB脚本设计一个3dB的耦合器 88 {~*^jS']5 6.1 定义3dB耦合器所需的材料 88 OS-
Xh-:z 6.2 定义布局结构 89 [T}Lq~ 6.3 绘制并定位波导 91 t,P_&0X 6.4 生成布局脚本 95 ZsnFuk#W 6.5 插入和编辑输入面 97 -6KNMk 6.6 运行模拟 98 \mo NpKf 6.7 修改布局脚本 100 -/w#f&Y+]8 6.8 在OptiBPM_Analyzer中预览模拟结果 102 UA0j# 7 应用预定义扩散过程 104 azBYh*s=5{ 7.1 创建一个由钛在铌酸锂中扩散所形成的线性波导 104 L|hoA9/] 7.2 定义布局设置 106 %:S4OT8]
7.3 设计波导 107 &hnI0m=X 7.4 设置模拟参数 108 F9}j iCom 7.5 运行模拟 110 `>1XL 2 7.6 基于钛和镁在铌酸锂中的扩散,创建一个掩埋波导 111 W[VbFsI&b 7.7 将模板以新的名称进行保存 111 U\'HB.P\ 7.8 添加一个新的轮廓 111 =Ts5\1sc> 7.9 创建上方的线性波导 112 9'"
F7>d 8 各向异性BPM 115 #lDW? 8.1 定义材料 116 w!kWG,{C 8.2 创建轮廓 117 mxPzB#t4 8.3 定义布局设置 118 ]Y.GU 7` 8.4 创建线性波导 120 T%Nm 8.5 设置模拟参数 121 QKB*N)%6 8.6 预览介电常数分量 122 % S vfY { 8.7 创建输入面 123 iZ( U] 8.8 运行各向异性BPM模拟 124 -s6k't 9 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 127 _TbQjE&6 9.1 定义chip-to-fiber对接耦合器的材料和波导 128 gVscdg5 9.2 定义布局设置 130 w\}@+w3b~ 9.3 创建一个chip-to-fiber对接耦合器 130 d8C44q+ds 9.4 编辑输入平面 132 v?
Ufx 9.5 设置模拟参数 134 qG)M8xk 9.6 运行模拟 135 qP k`e}D 10 电光调制器 138 "h`oT4j5q 10.1 定义电解质材料 139 6"djX47j 10.2 定义电极材料 140 Abc%VRsT 10.3 定义轮廓 141 @,^c?v 10.4 绘制波导 144 (~IoRhp^ 10.5 绘制电极 147 23p1Lb9P 10.6 静电模拟 149 DQI
b57j 10.7 电光模拟 151 Rp0`%}2
o 11 折射率(RI)扫描 155 `EdZ 11.1 定义材料和通道 155 I<+i87= 11.2 定义布局设置 157 =pk5'hBAi 11.3 绘制线性波导 160 GoUsB|-\ 11.4 插入输入面 160 {9Ug9e{
~ 11.5 创建脚本 161 @>Bgld&vl 11.6 运行模拟 163 <p5?yF 11.7 在OptiBPM_Analyzer中预览结果 163 E'
_6v 12 应用用户自定义扩散轮廓 165 MXa(Oi2Gg 12.1 定义材料 165 <L'6CBbP 12.2 创建参考轮廓 166 r
"uQ| 12.3 定义布局设置 166 :B7dxE9[r 12.4 用户自定义轮廓 167 YAP,#a 12.5 根据参考轮廓检测用户自定义轮廓 170 M*
0zvNg
13 马赫-泽德干涉仪开关 172 +(U;+6 b 13.1 定义材料 173 w.o>G2u 13.2 创建钛扩散轮廓 173 UC@Jsj~f 13.3 定义晶圆 174 IgyoBfj\d 13.4 创建器件 175 <Toy8-kj 13.5 检查x-y切面的RI轮廓 177 xOt
{Vsv 13.6 定义电极区域 178 7U1^=Y@t} ER,!`C]
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