OptiBPM入门指南（1）

1. 安装OptiBPM
为在安装OptiBPM之前，确保系统满足一下描述的硬件需求下面描述。

2. 硬件和软件要求
OptiBPM最低配置需要以下要求:
 系统为微软Window7\8\10
 Pentium 4处理器或同等的PC
 2G内存(推荐)
 1G可用硬盘空间
 1024 x 768图像分辨率，最小256色

3. 保护密匙
软件提供硬件保护密钥
注意：请确保OptiBPM软件在安装过程中硬件密钥未连接。
为确保OptiBPM正常运行，请验证以下内容：
 该保护密钥正确连接到电脑的USB端口。
 如果你使用一个以上的保护密钥，确保存在的OptiBPM保护密钥之间没有冲突。
注意：使用开关盒，以防止保护密钥冲突。确保开关盒和电脑之间的缆线不超过一米。

4. OptiBPM目录
默认情况下，OptiBPM安装程序在您的硬盘上创建一个OptiBPM目录。 OptiBPM目录包含以下子目录：
 \bin — 可执行文件，动态链接库，xml定义文件和帮助文件
 \doc — OptiBPM和OptiMode手册和版本说明。
 \UserDLLs — 用户概要DLLs的默认位置

5. 安装
OptiBPM可以安装在Windows 7或10。我们建议您在运行安装程序之前退出所有Windows程序。
Windows平台下安装OptiBPM
要从CD ROM安装OptiBPM，请使用以下步骤：
步骤操作
1) 以管理员身份登录，或登录到具有管理员权限的帐户。
2) 将OptiBPM安装CD插入到CD ROM驱动器中
3) 在任务栏中，点击开始，选择运行。
出现运行对话框
4) 在运行对话框中，输入F:\setup.exe, F盘为光盘驱动器。
5) 点击OK，按照屏幕说明和提示操作
6) 安装完成后，从CD ROM驱动器中取出CD并重新启动计算机。

6. OptiBPM 实例
在运行主要的OptiBPM应用程序的过程中会运行实例安装程序。默认情况下，示例安装在我的文档目录下，名为OptiBPM 13 Samples的文件夹中。默认位置可以在安装程序中进行更改。
如果需要，您可以通过双击OptiBPM 13开始菜单中的安装OptiBPM示例项来重新安装实例。

7. OptiBPM简介
什么是OptiBPM？
OptiBPM 是一个款功能强大、界面友好的软件系统，用户可以使用OptiBPM在计算机上构建和设计各种集成和光纤波导结构。光束传播方法（BPM）是一种分步模拟光通过任何波导介质的方法。当光场在集成和光纤波导结构中传播时，我们可以追迹任意点的光场。BPM允许计算机模拟以观察光场分布。用户可以同时检查辐射和波导场。OptiBPM为用户提供了简易的数据输入以布局波导器件。布局环境中包含称为基元的波导基板。您可以轻松地设计器件和配置各种模拟。图形项目设计是一个用户友好的图形界面，用于设计光子器件的。在工具栏和菜单选项中提供了设计工具。这些工具包括波导基元，编辑和操作工具以及特殊布局区域。
OptiBPM程序可以仿真光在二维和三维波导器件中的传播。
二维是：
 X方向（垂直） — 横向
 Z方向（水平） — 传播方向
三维是：
 X方向（垂直） — 横向
 Y方向 —深度
 Z方向（水平） — 传播方向
注意：模拟的器件在横向尺寸上具有阶梯状有效折射率分布。

应用有效折射率方法，可从真实3D器件获得2D器件。从3D到2D维度的降低包括以1维截面代替器件2维横向截面。以一个一维有效折射率分布代替截面的真实折射率。尽管有效折射率法是一个近似解，但其可用于多种器件。
BPM 3D为用户提供了设计阶跃波导所需的所有工具。在BPM 3D中，输入建模数据包括折射率分布，初始传播场和一组数值参数。由波导结构提供的折射率分布可以在项目布局中呈现。初始场可以是由文件提供的波导模式、高斯场、矩形场以及用户定义的场。通过模拟菜单访问全局数据对话框可以指定初始场和其他仿真数据。输出数据包含不同的文件类型，可用于显示或用于其他仿真。
数值仿真
OptiBPM处理环境将光束传播法（BPM）作为其核心部分，同时包含了与OptiBPM兼容的模式求解器。BPM以控制电介质中光传播的方程的数值解为基础。BPM默认单色信号场并用于求解Helmholtz方程。基于亥姆霍兹方程近似的传播模型可用于：
 简化模拟
 减少处理时间
 更好地分配计算机内存
2D BPM
二维BPM模拟器基于Crank-Nicolson的无条件稳定差分算法。您可以根据设计自定义以下程序选项：
 在TE和TM偏振之间选择算法
 基于Padé逼近、Padé（1,1）和Padé（2,2）的广角传播
 可以将一个高斯场，一个矩形场或者一个用户自定义场选为初始场作为波导模式
 初始场可以具有一个角度
 可将参考折射率选择为模态、平均或用户定义
 简单或全透明边界条件（TBC）
3D BPM
完整的3D BPM模拟器基于：
 交替方向隐式方法
 标量算法
 在准TE和准TM偏振之间选择半矢量算法
 控制两个横向场分量的全矢量算法
参数自动扫描
设计师的目标是获得具有最佳性能的器件。为了找到最优化情况，我们经常需要使用不同的设计参数进行重复的模拟。在OptiBPM中，用户可以进行自动、循环的参数扫描计算。并将结果数据文件按顺序的命名和保存。
模式求解器
在OptiBPM中，模式求解器与2D和3D BPM算法兼容。求解器采用不同的方法：
 用于2D多层平面结构中的传递矩阵法（TMM）
 3D中的交替方向隐式（ADI）方法
 通过隐式重启Arnoldi方法的求解本征值问题来寻找模式

对于平面结构，程序在层间的介质面求解边界条件。ADI方法将X和Y衍生分成一个迭代步骤的两部分。由于其快速收敛，该方法优于其他有限差分技术。 ADI方法还提供所有传播常数和模式特征函数。
图形
OptiBPM具有最先进的图形，可用于查看场振幅、相位、有效折射率分布以及其他计算数据。
图形功能包括：
 3D图形的地形图
 色高编码
 3D图形中的实体建模
 添加用户自定义的颜色
监视窗口允许您沿着波导线路中选定的多路径跟踪信号。请参阅路径监视器。

8. 光波导简介
什么是光波导
光波导是光子器件中实现光信号的导引，耦合，切换，分离，复用和解复用的关键元件。无源波导，电光元件，发射器，接收器和驱动电子元件可以通过类似于微电子学的平面工艺技术集成到一个芯片中。尽管波导器件的操作得到了很好的研究和理解，但它们的独特性能依赖于诸多参数—几何、波长和初始场分布、材料数据和电光驱动等条件。在制造之前，必须优化这些参数。由于加工一个芯片需要许多的资源，因此对于大规模光点回路，需要进行精确的建模。

光波导设计依赖于光信号的传播，波导模式，模耦合，损耗和增益的模拟。输入数据中的一部分由它的几何形状，制造参数以及材料常数来定义波导器件。对于输入波导数据最好使用软件中提供的项目设计，还可以处理制造参数。输入数据的另一部分是用于配置数值计算。理想情况下，输入系统隐藏或限制了数值计算的细节。
然而，由于波导建模通常使用复杂的数值算法，您必须对底层数值的某些方面比较熟悉。

波导是光电回路中的基本组成部分。波导的宽度（常数或变量）被定义为垂直于波导中心的路径。

9. 快速入门
本节介绍如何创建设计、运行仿真、查看仿真结果并保存设计项目。这里使用的设置和值仅用于此次快速启动。实际工作中进行项目设计时，请使用您所需的设置和值。
OptiBPM包含以下应用：
 OptiBPM布局设计器
 轮廓设计器
 OptiBPM模拟器
 OptiBPM分析仪

在开始设计之前，用户需要在Designer中创建一个设计项目，并将项目保存为.bpd文件。

接下来，用户将使用模拟器模拟其项目。模拟器显示在一个图表中生成的模拟数据的结果，用户可以选择：
 光场
 折射率
 剖面视图
 路径监视器（如果您在设计中添加了路径）

最后，用户将在分析仪中查看模拟结果。利用分析仪，用户还可以：
 将数据导出为ASCII格式的文件
 在任意迭代步数中显示布局
 以图形方式回顾光场和折射率分布
 使用一系列工具分析模拟结果
有关创建路径和编写脚本的信息，请参阅教程3，5，6和12。
启动OptiBPM
要启动OptiBPM，请执行以下步骤
步骤操作
1) 在任务栏上，单击开始图标。
2) Select OptiBPM 13> OptiBPM Designer。
OptiBPM布局设计器将会打开，出现图形用户界面（参见图1）。

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图1 OptiBPM布局设计器图形用户界面（GUI）

首次安装OptiBPM时，工具栏会一个接一个地放在一行中。行的长度可能比屏幕的宽度更宽，因此您应该在设计窗口周围排布工具栏以便它们全部显示。将工具栏拖放到视图中; 它们可以排列多行（见图1）。您也可以将工具栏放在设计窗口或底部。
注：工具栏的定位只需要进行一次，因为其位置是由Windows保存。

10. GUI主要部分
OptiBPM GUI由以下主要部分组成（见图）：
主要布局：包含创建项目所需的所有菜单和工具栏。
项目布局：在主设计中打开。您可以添加和编辑波导，插入输入平面，并调整设计网格的外观和布局的放大倍率。
通知/错误窗口：显示通知和错误消息。例如，当您运行脚本时，会显示一条消息，提示脚本将撤消并重做堆栈。

11. 如何使用OptiBPM
您可通过以下操作学习如何使用OptiBPM：
 定义材料
 定义2D和3D通道轮廓文件
 定义布局设置
 创建基本项目
 插入输入平面
 运行模拟

......

未完待续，来源：讯技光电

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