光通信设计软件——OptiBPM 光波导设计软件

宇熠科技

2020年3月23日 17:17

OptiBPM 是一套用于设计复杂光波导的计算机辅助设计软件，他功能强大、用户友好，可仿真光器件中光信号的传导、耦合、开关、分束、复用和解复用，让您在计算机上创建各种光纤波导设计。

OptiBPM是基于光束传播法(BPM)，对光通过任何波导介质进行仿真，无论是各向同性还是各向异性介质。使用OptiBPM用户可以在考察近场分布的同时验证发散场和波导场。

OptiBPM可以提高工程师的工作效率，减少设计风险，并降低与波导器件设计相关的整体成本。

OptiBPM可以模拟二维（2D）和三维（3D）波导器件中的光传播。

2D区域是：
· X方向（垂直）-横向
· Z方向（水平）-传播方向
3D区域是：
· X方向（垂直）-横向
· Y方向-深度
· Z方向（水平）-传播方向
注：模拟器件在横向尺寸上具有阶梯状的有效折射率分布。

要从真实的3D器件获取二维器件，要应用有效折射率方法。从3D到2D的缩减包含用一维横截面替换器件的二维横截面。用一维有效折射率分布代替实际折射率截面。虽然有效折射率法是一种近似解，但它适用于许多器件。BPM 3D提供了阶跃折射率波导设计所需的所有工具。在BPM 3D中，输入建模数据，这些数据由折射率分布、起始传播场和一组数值参数组成。折射率分布由项目布局中列出的波导结构提供。起始场可以是波导模式、高斯场、矩形场或用户自定义场。起始场和其他模拟参数在Global Data对话框中指定，该对话框通过Simulation菜单访问。

数值模拟

OptiBPM处理环境包含光束传播方法（BPM）作为其核心元素，以及与BPM算法兼容的模式求解器。BPM基于控制介电质中光传播的方程的数值解。BPM考虑单色信号，并与求解亥姆霍兹方程有关。基于亥姆霍兹方程近似值的传播模型用于：

· 简化模拟
· 减小处理时间
· 更好管理计算机内存

集成环境

OptiBPM能将通道波导、光纤和扩散波导组合到同一个设计模块中。一个简易的菜单选项允许对波导在2D和3D间切换。与OptiSystem的联合仿真提供了从波导器件仿真到系统仿真的连续性。能够和OptiFDTD软件以及广泛使用的光线追击软件之间进行光场（复数场）数据传递，这样使得OptiBPM设计师可以扩展到自由空间光学元件。

2D BPM

2D BPM模拟器基于Crank-Nicolson的无条件稳定有限差分方法算法。您可以根据设计自定义以下程序选项：

· 在TE和TM偏振之间进行选择的算法
· 基于Padé近似，Padé（1,1）和Padé（2,2）到Padé（4,4）的广角传播
· 将光场选择作为波导模式，高斯场，矩形场或用户自定义场
· 起始场可以有一定的角度
· 参考折射率可以选择为模态、平均或用户定义
· 简单或完全透明边界条件（TBC）

3D BPM

全3D模拟器基于：

· 交替方向隐式（ADI）方案
· 标量算法
· 在准TE偏振和准TM偏振之间可选择半矢量算法
· 控制两个横向场分量的全矢量算法

自动扫描参数

设计人员的目标是实现最佳的器件性能。要找到最佳条件，通常需要使用不同的设计参数重复模拟。OptiBPM使您能够执行称为参数扫描计算的自动循环计算。软件按顺序命名数据文件并保存。

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：
· 多层平面结构二维传递矩阵法（TMM）
· 3D中的交替方向隐式（ADI）方法
· 2D和3D中的相关函数法（CFM）

平面结构的程序基于在层之间的介电界面处解决多个边界条件。在传播用户定义的光场期间，CFM计算输入场和每个点处的传播场之间的相关积分。这产生了波导的场振幅相关函数。相关函数提供了场的完整模态描述所需的所有信息，包括：
· 传播常数
· 每个模式的权重
· 模式特征函数

ADI方法将X和Y导数分成一个迭代步骤的两部分。因其快速收敛，故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本征函数。

自动扫描参数

模式求解器