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    [技術(shù)]OptiBPM波導(dǎo)光通信設(shè)計軟件 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2023-07-13

    OptiBPM是一款功能強大,用戶友好的軟件,可讓您在計算機上創(chuàng)建各種光纖波導(dǎo)設(shè)計。光束傳播方法(BPM)是一種逐步模擬光通過任何波導(dǎo)介質(zhì)的方法。集成光學(xué)和光纖中,光場沿著導(dǎo)光結(jié)構(gòu)傳播,OptiBPM可以在任何點查看光場。 用戶可以讓計算機模擬觀察光場分布。OptiBPM為布置波導(dǎo)器件提供了簡便的數(shù)據(jù)輸入。 布局環(huán)境包含稱為基元的波導(dǎo)塊。 您可以輕松設(shè)計設(shè)備并配置各種模擬。OptiBPM為布置波導(dǎo)器件提供了簡便的數(shù)據(jù)輸入。布局環(huán)境包含稱為Primitives的波導(dǎo)塊。您可以輕松設(shè)計器件并配置各種參數(shù)。graphical project layout是一種用戶友好的用于設(shè)計光子器件的圖形界面。工具欄和菜單選項中提供了設(shè)計工具。這些工具包括波導(dǎo)基元、編輯和操作工具以及特殊的布局區(qū)域。

    OptiBPM可以模擬二維(2D)和三維(3D)波導(dǎo)器件中的光傳播。

    2D區(qū)域是:

     X方向(垂直)-橫向

     Z方向(水平)-傳播方向

    3D區(qū)域是:

     X方向(垂直)-橫向

     Y方向-深度

     Z方向(水平)-傳播方向

    注:模擬器件在橫向尺寸上具有階梯狀的有效折射率分布。

    要從真實的3D器件獲取二維器件,要應(yīng)用有效折射率方法。從3D到2D的縮減包含用一維橫截面替換器件的二維橫截面。用一維有效折射率分布代替實際折射率截面。雖然有效折射率法是一種近似解,但它適用于許多器件。BPM 3D提供了階躍折射率波導(dǎo)設(shè)計所需的所有工具。在BPM 3D中,輸入建模數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)由折射率分布、起始傳播場和一組數(shù)值參數(shù)組成。折射率分布由項目布局中列出的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供。起始場可以是波導(dǎo)模式、高斯場、矩形場或用戶自定義場。起始場和其他模擬參數(shù)在Global Data對話框中指定,該對話框通過Simulation菜單訪問。

    應(yīng)用領(lǐng)域

     設(shè)計分束器,合束器,耦合器,AWG等

     在一個基板上記性波導(dǎo)集成的建模,可以包含掩埋波導(dǎo),擴散波導(dǎo),肋/脊型波導(dǎo)等

     設(shè)計基于設(shè)備的光纖

    數(shù)值模擬

    OptiBPM處理環(huán)境包含光束傳播方法(BPM)作為其核心元素,以及與BPM算法兼容的模式求解器。BPM基于控制介電質(zhì)中光傳播的方程的數(shù)值解。BPM考慮單色信號,并與求解亥姆霍茲方程有關(guān);诤ツ坊羝澐匠探浦档膫鞑模型用于:

     簡化模擬

     減小處理時間

     更好管理計算機內(nèi)存

    2D BPM

    2D BPM模擬器基于Crank-Nicolson的無條件穩(wěn)定有限差分方法算法。 您可以根據(jù)設(shè)計自定義以下程序選項:

     在TE和TM偏振之間進行選擇的算法

     基于Padé近似,Padé(1,1)和Padé(2,2)到Padé(4,4)的廣角傳播

     將光場選擇作為波導(dǎo)模式,高斯場,矩形場或用戶自定義場

     起始場可以有一定的角度

     參考折射率可以選擇為模態(tài)、平均或用戶定義

     簡單或完全透明邊界條件(TBC)

    3D BPM

    全3D模擬器基于:

     交替方向隱式(ADI)方案

     標量算法

     在準TE偏振和準TM偏振之間可選擇半矢量算法

     控制兩個橫向場分量的全矢量算法

      

    自動掃描參數(shù)

    設(shè)計人員的目標是實現(xiàn)最佳的器件性能。要找到最佳條件,通常需要使用不同的設(shè)計參數(shù)重復(fù)模擬。OptiBPM使您能夠執(zhí)行稱為參數(shù)掃描計算的自動循環(huán)計算。軟件按順序命名數(shù)據(jù)文件并保存。

    模式求解器

    在OptiBPM中,模式求解器與2D和3D BPM算法兼容。求解器采用不同的方法:

     多層平面結(jié)構(gòu)二維傳遞矩陣法(TMM)

     3D中的交替方向隱式(ADI)方法

     2D和3D中的相關(guān)函數(shù)法(CFM)

    平面結(jié)構(gòu)的程序基于在層之間的介電界面處解決多個邊界條件。在傳播用戶定義的光場期間,CFM計算輸入場和每個點處的傳播場之間的相關(guān)積分。這產(chǎn)生了波導(dǎo)的場振幅相關(guān)函數(shù)。相關(guān)函數(shù)提供了場的完整模態(tài)描述所需的所有信息,包括:

     傳播常數(shù)

     每個模式的權(quán)重

     模式特征函數(shù)

    ADI方法將X和Y導(dǎo)數(shù)分成一個迭代步驟的兩個部分。由于其快速收斂,該方法優(yōu)于其他有限差分技術(shù)。ADI方法還提供所有傳播常數(shù)和模式本征函數(shù)。

    圖形顯示

    OptiBPM具有最先進的圖形顯示工具,使您能夠查看,操作和打印場幅度,相位,有效折射率分布和其他計算數(shù)據(jù)。其功能包括:

     顏色高度圖

     3D圖形中的實體建模

     添加可自定義的顏色

    監(jiān)控窗口允許用戶沿波導(dǎo)選定的多個路徑查看信號。

     
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