OptiBPM波導光通信設計軟件

OptiBPM是一款功能強大，用戶友好的軟件，可讓您在計算機上創建各種光纖波導設計。光束傳播方法（BPM）是一種逐步模擬光通過任何波導介質的方法。集成光學和光纖中，光場沿著導光結構傳播，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為布置波導器件提供了簡便的數據輸入。 布局環境包含稱為基元的波導塊。 您可以輕松設計設備并配置各種模擬。OptiBPM為布置波導器件提供了簡便的數據輸入。布局環境包含稱為Primitives的波導塊。您可以輕松設計器件并配置各種參數。graphical project layout是一種用戶友好的用于設計光子器件的圖形界面。工具欄和菜單選項中提供了設計工具。這些工具包括波導基元、編輯和操作工具以及特殊的布局區域。

OptiBPM可以模擬二維（2D）和三維（3D）波導器件中的光傳播。

2D區域是：

 X方向（垂直）-橫向

 Z方向（水平）-傳播方向

3D區域是：

 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設計所需的所有工具。在BPM 3D中，輸入建模數據，這些數據由折射率分布、起始傳播場和一組數值參數組成。折射率分布由項目布局中列出的波導結構提供。起始場可以是波導模式、高斯場、矩形場或用戶自定義場。起始場和其他模擬參數在Global Data對話框中指定，該對話框通過Simulation菜單訪問。

 

數值模擬

OptiBPM處理環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基于控制介電質中光傳播的方程的數值解。BPM考慮單色信號，并與求解亥姆霍茲方程有關�；�于亥姆霍茲方程近似值的傳播模型用于：

 簡化模擬

 減小處理時間

 更好管理計算機內存

 

2D BPM

2D BPM模擬器基于Crank-Nicolson的無條件穩定有限差分方法算法。 您可以根據設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、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

設計人員的目標是實現最佳的器件性能。要找到最佳條件，通常需要使用不同的設計參數重復模擬。OptiBPM使您能夠執行稱為參數掃描計算的自動循環計算。軟件按順序命名數據文件并保存。

 

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：

 多層平面結構二維傳遞矩陣法（TMM）

 3D中的交替方向隱式（ADI）方法

 2D和3D中的相關函數法（CFM）

平面結構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積分。這產生了波導的場振幅相關函數。相關函數提供了場的完整模態描述所需的所有信息，包括：

 傳播常數

 每個模式的權重

 模式特征函數

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

 

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據。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

監控窗口允許用戶沿波導選定的多個路徑查看信號。