的OptiBPM和OptiSystem的集成光学电路仿真散射数.docx
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的OptiBPM和OptiSystem的集成光学电路仿真散射数
的OptiBPM和OptiSystem的集成光学电路仿真散射数
散射的数据是在OptiBPM中一个新的模拟功用。
OptiBPM中运用时更大的光子电路的一小局部被分别为运用BPM表征散射数据。
这个较小的局部具有波导进入左侧和参与的右侧。
N个输入和M个输入被假定为具有光在一个模态的配置，虽然输入和输入波导可以倾斜。
您可以导出生成的OptiBPMOptiSystem的要供日后剖析散射数据矩阵。
本课引见如何生成和导出散射数据，并以复杂的二维定向耦合器的OptiBPM和OptiSystem的仿真器之间的衔接。
有两个局部：
o第一局部-OptiBPM中
o第二局部-OptiSystem中
在您末尾这一课
o完成第6课：
设计用VB脚本3dB耦合器。
实际背景
我们将剖析一个碱性光子电路中，马赫-曾德尔干预仪〔MZI〕，如图1所示。
该设备实践上是由四个基本部件/设备，我们的目的是把电路进入这些原语自现有的设备，或许，换句话说，3dB耦合器。
它们可以经过的OptiBPM装置分开的模拟和后来剖析由OptiSystem.The设备的整个装置可以是相当大的，因此，消耗较长的模拟时间。
任何部门到子组件增加了时间消耗凶猛，由于仿真速度是成正比的重量的区域〔参见技术背景有关更多信息，散射数据〕。
在这一点上，我们应该强调的电路划分规范是大小写敏感的，这个决议是依赖于用户的知识和阅历，但是子〔即它们的边界〕也经常可见自然。
另一方面，不正确的subcomponental分裂可招致错误的结果。
此外，设计人员曾经明白要enitiating任何适用的设计之前，心中一给定电路的任务原理。
在这个例子中，我们将设计的MZI具有最大强度为另一波长的一个波长和最小强度〔在相反的端口〕。
这是MZI的主要行为，它可以被应用作为一个基本开关，由于其他输入端口清楚的行为以互补的方式与第一个。
该装置的功用是众所周知的。
光线射入一个输入〔我们将选择下面的输入波导，标志着'输入'〕。
输入3dB耦合将光分红相等的两局部。
3dB耦合先前优化，从一个输入端口平分的光输入的。
然后，光经过每个臂独立传达。
其中之一就是光学较长，是什么缘由招致这些武器的两端的相位差。
这可以经过多种方式来完成，我们复杂地经过添加下臂的纤芯折射率展现出这样的效果。
最后，从两个臂来的光入射到输入耦合器，它重新组合取决于相位差的大小的光。
假设没有相位差时，光应该最好只是在下部出现〔'B'〕，输入中的端口。
但是，具有一定相位差的存在下，用配光将与波长变化而变化。
我们将在这里省略任何实际为简便起见〔你应该指的是任何基本的光子的文献，如[1]〕。
由于我们感兴味的设备bahaviour的波长依赖性的，光学相位差采用以下方式：
其中λ为波长，L是臂长度，Ñ，〔λ〕和 Ñ 2，〔λ〕是在上，下臂的有效折射率区分。
臂在耦合器之间的长度为3毫米。
关于资料的配置，纤芯折射率是1.5，包层为1.49的一切设备。
下臂的纤芯折射率提高到该值1.52。
一切特定波导的宽度为4微米。
的有效目的显示了一个基本的反省，所以我们便会有兴味剖析波长距离from1.534nm到1.554纳米，到达设备〔包括耦合器〕的希冀的行为。
很显然，我们可以看到在我们的状况下，下面的子组件〔见图1〕：
o输入耦合器
o输入耦合器
o两个臂衔接所述耦合器
一个臂〔下〕会招致所希望的相位差Φ。
图1：
MZI的原理图
第一局部-OptiBPM中
本节引见以发生OptiBPM中散射数据所需的顺序。
该顺序是：
o发生散射数据的脚本
o导出散射数据
末尾设计3dB耦合器，将运用在第6章中创立的耦合器，其中所述耦合器的耦合局部之间的距离的影响，研讨了一个脚本〔参见图2〕。
当你运转例如文件，就可以看到最正确的半功率分裂某处出现的第三和第四迭代步之间〔见图3〕。
图2：
Lesson6_3db_coupler规划
图3：
电源在输入波导-第6课
运用数据在第6课发生散射的数据，请执行以下步骤。
步
举动
1
翻开Lesson6_3dB_coupler.BPD文件〔见图〕。
有关创立此文件的详细信息，请参见第6课：
设计用VB脚本3dB耦合器。
留意：
您可以运用任何完整的2D规划〔包括输入模场〕发生的散射数据。
2
点击脚本在规划窗口选项卡。
我们会从脚本代码导出耦合器中的波导的坐标在第6课。
在第6课脚本代码的末尾是：
很清楚的一切SBends和短中央线性波导〔Linear6和Linear3〕的垂直位置，必需相应地定义。
思索理想的耦合x =3.5，从剧本产量，所需的垂直位置值3.278和-3.278区分的表情。
但是，让我们思索一个稍微非对称耦合〔约45％及总功率为每个波导的55％〕作为一个不准确的制造一个虚拟的模拟。
我们将降低值略有下降，至+/-3.19。
修正这些垂直波导最复杂的方法就是手动修正相关的波导坐标。
该耦合器被保管为deriv_3dB.bpd进一步剥削。
要修正这一课的波导特性，请执行以下步骤。
步
举动
1
翻开Lesson6_3dB_coupler.BPD文件。
有关创立此文件的详细信息，请参见第6课：
设计用VB脚本3dB耦合器。
留意：
您可以运用任何完整的2D规划〔包括输入模场〕发生的散射数据。
2
在水平波导标志双击Linear3〔见图4〕，翻开线性波导属性对话框。
3
在启动选项卡上，键入3.19 垂直偏移。
4
在完毕选项卡，键入3.19 垂直偏移。
5
单击OK〔确定〕。
该线性波导属性对话框封锁。
6
在水平波导标志双击Linear6〔见图4〕，翻开线性波导属性对话框。
7
在启动选项卡上，键入-3.19 垂直偏移。
8
在完毕选项卡，键入-3.19 垂直偏移。
9
单击OK〔确定〕。
的线性波导属性对话框封锁。
在S弯波导的末端也必需停止修正以满足两端Linear3和Linear6。
步
举动
1
在S弯波导标志双击SBendSin1〔见图4〕，翻开S弯正弦属性对话框。
2
在完毕选项卡，键入3.19 垂直偏移。
3
单击OK〔确定〕。
的S型弯正弦属性对话框封锁。
4
在S弯波导标志双击SBendSin2〔见图4〕，翻开S弯正弦属性对话框。
5
在完毕选项卡，键入3.19 垂直偏移。
6
单击OK〔确定〕。
的S型弯正弦属性对话框封锁。
7
在S弯波导标志双击SBendSin3〔见图4〕，翻开S弯正弦属性对话框。
8
在完毕选项卡，键入-3.19 垂直偏移。
9
单击OK〔确定〕。
的S型弯正弦属性对话框封锁。
10
在S弯波导标志双击SBendSin4〔见图4〕，翻开S弯正弦属性对话框。
11
在完毕选项卡，键入-3.19 垂直偏移。
12
单击OK〔确定〕。
的S型弯正弦属性对话框封锁。
13
除第6课用新的称号，deriv_3dB.bpd。
注：
在图4的垂直偏移值显示为±3.0|-你改动这些为±3.19。
图4：
Lesson6_3db_coupler.BPD文件
发生散射数据的脚本
为了发生散射数据的脚本，请执行以下步骤。
步
举动
1
从模拟菜单中，选择生成散射数据脚本
或
点击散射数据脚本按钮。
一个音讯框翻开，并通知您散射数据的脚本将掩盖以后的脚本〔参见图5〕。
图5：
散射数据脚本音讯框
2
单击是。
的散射数据脚本对话框出现。
3
从输入平面下拉列表中，选择InputPlane1〔参见图6〕。
4
要确定扫描距离和在区间的步数，键入以下波长值：
初始值：
1.534
决赛：
1.554
步骤：
21
注：
步骤的默许数量为3。
当您选择只差一步，结果是波长有关作进一步剖析。
图6：
散射数据脚本对话框
5
单击OK〔确定〕。
该脚本窗口翻开并显示所发生的散射数据的脚本〔见图7〕。
图7：
运用脚本窗口散射数据的脚本
6
从模拟菜单中，选择计算二维各向异性仿真。
的模拟参数。
出现对话框〔参见图8〕注：
依据模拟技术，模拟运用脚本和仿真生成散射数据信息复选框会自动选中。
SMatrixWavelength出如今波长自动盒，而不是一个数值-波长距离设定在第4步。
7
点击二维标签，并确保将正确的仿真参数设置。
图8：
仿真参数对话框
8
单击运转。
OptiBPM_Simulator翻开和模拟运转。
9
当仿真完成后，翻开OptiBPM_Analyzer以检查结果。
导出散射数据
有两种能够性为S-数据导出：
o直角坐标系中散射数据〔出口√PCOS〔Φ〕;√PSIN〔Φ〕为每个波导〕
o极坐标系中散射数据〔出口√P，Φ为每个波导〕。
显然，无论在数学上是相等的。
但是，极坐标出口是由于渐突变累积阶段在OptiSystem中进一步插值利于相对较长的设备。
因此，需求只要几个迭代步骤。
在另一方面，在笛卡尔坐标的出口是值得运用的设备的行为突然相变的状况下，却需求相当数量的迭代〔即，频繁振荡功用将被装置在大少数状况下〕。
从OptiBPM_Analyzer导出散射数据OptiSystem中，请执行以下步骤。
步
举动
1
从出口菜单中，选择散射数据的极坐标〔见图9〕。
在导出散射数据对话框〔参见图10〕。
2
将数据保管为*出来的，S档。
图9：
Export菜单散射数据
图10：
出口散射数据对话框
生成并导出散射数据的顺序就完成了。
接上去的步骤描画了如何发生，运用，并剖析散射数据*出来的，S档与OptiSystem的。
创立武器
该规划由直线线性波导。
运用下面的参数：
晶圆尺寸：
3000×30μm的
波导宽度：
4
波导长度：
3毫米
包层的折射率：
1.49
：
中心〔上臂〕的折射率1.50
的中心〔下臂〕折光率：
1.52
扫描波长：
初始：
1.534
决赛：
1.554
步骤：
14
注：
由于我们所面对的是单不时线波导，14或更少的步骤应该是数据导出不够准确。
以以下出的4端口耦合器的顺序，生成SDATA文件双臂〔L11_Arm.bpd和L11_Arm.s;L11_Arm_phase.bpd和L11_Arm_phase.s，后者具有较高纤芯折射率〕。
图11：
MZI的武器的规划
第二局部-OptiSystem中
本节引见如何剖析散射数据*S来自OptiBPM中在OptiSystem中生成的文件。
该顺序是：
o加载*s档案在OptiSystem中
o载入文件的双臂
o在完成OptiSystem中的规划
o衔接组件
o运转计算
o创立图形来检查结果
加载*s档案在OptiSystem中
要加载的*出来的，S档到组件的OptiBPMN×M个在OptiSystem中，请执行以下步骤。
步
举动
1
从末尾的义务栏，选择菜单上的顺序 > OPTIWAVE 软件 > OptiSystem中 >OptiSystem的。
OptiSystem中翻开。
2
要翻开一个新的项目，从文件菜单中选择新建。
主要规划翻开〔参见图12〕。
图12：
OptiSystem中，新建项目
3
在组件库，双击默许的文件夹，然后双击OPTIWAVE软件工具文件夹中。
该OPTIWAVE软件工具文件夹翻开，并显示可用的组件。
这是其中的OptiBPM元器件的N×M位。
4
选中并拖动的OptiBPM组件的N×M到主规划〔见图13〕。
图13：
OptiBPM中组件的N×M
5
加载散射数据到组件的OptiBPMN×M个，在主要版面，双击的OptiBPM组件的N×M 。
在OptiBPM中组件的N×M属性对话框〔参见图14〕。
必需选择数据的类型〔笛卡尔〔真实的Imag〕或极坐标〔振幅相〕的选择必需对应于从OptiBPM中〔导出的数据样式极地在这种状况下〕。
6
在OptiBPM中组件的N×M属性对话框中，文件格式列中选择值 > 振幅相位。
图14：
OptiBPM中组件的N×M属性对话框
7
要翻开s_data.s文件，值下，单击
，
翻开对话框出现〔见图15〕。
图15：
翻开对话框
8
选择deriv_3dB.s文件，然后单击翻开。
该deriv_3dB.s文件途径下出现价值。
9
在标签，依据〔在这种状况下，我们运用〝4端口耦合器〔3dB〕的〞〕〔参见图16〕中的OptiBPM仿真描画该设备。
10
单击OK〔确定〕。
在OptiBPM中组件的N×M成为2×2元素的两个输入和两个输入〔见图17〕和标签的变化。
图16：
加载最后一步*s档案
图17：
加载2×2的OptiBPM重量的N×M-4端口耦合器〔3dB〕的
载入文件的双臂
加载手臂文件，请执行以下步骤。
注：
有迹象说明，加载/复制文件到规划时节省时间可在OptiSystem中的选项。
此外，Optisystem的坚持最近运用的文件名为相反的文件夹下。
你可以复杂地翻开文件夹并拖动OptiBPM的组成局部，假设最近运用的。
步
举动
1
选择4端口耦合器〔3dB〕的规划，并单击鼠标右键。
出现一个快捷菜单。
2
选择复制，将光标放置在版面中，右键单击并选择粘贴。
的正本4端口耦合器〔3dB〕的出如今规划。
或
3
选取最近运用的OptiSystem中的组件库阅读器图标。
最近运用的组件的列表将出如今组件库阅读器〔参见图18〕。
4
选择组件的OptiBPMN×M个和组件拖动到规划。
一个OptiBPM中重量的N×M出如今规划。
5
负载和标签我手臂和手臂II〔见图20〕。
图18：
OptiBPM中组件的N×M在最近运用列表〔OptiBPM中重量的N×M选择〕
在引见了输入耦合器和两个手臂，OptiSystem的版面应该像图19。
图19：
OptiSystem的规划引进武器后
在完成OptiSystem中的规划
为了完成规划，只需复制并粘贴输入耦合器和移动到右侧〔*。
s档案曾经被加载如前所述〕。
布置〔点击和移动〕的图标遵照从图1的原理图约〔见图20〕。
图20：
组件在OptiSystem中规划
要添加光功率的输入和探测器组件的OptiBPMN×M个输入，请执行以下步骤。
注：
由于我们正在研讨波长照应，我们将运用光学滤波器剖析器，它相互发送和从一个给定的时间距离接纳的光。
该组件由一个参考光信号之前和之后的计算比拟提取的光学部件的频率照应。
步
举动
1
要找到剖析仪，上双击默许文件夹，过滤器 LibraryFilter剖析仪，并选择光学过滤器剖析仪。
2
禁用自动衔接上跌落在规划操作工具栏。
3
选择光学过滤器剖析仪，拖动组件到主规划和它的位置接近第一OptiBPM中组件的N×M〔4端口耦合器3dB〕的输入端口。
4
在双击光学滤波器剖析器，翻开属性对话框。
5
在频单元行中，单击单元，并选择纳米〔纳米〕。
注：
此设置被选择为对应于模拟的OptiBPM单位。
6
在主选项卡中，在频率行中，键入1544。
留意：
这是过滤器剖析仪的中心频率。
7
在带宽行中，键入20，单击单元，并选择纳米〔纳米〕。
注：
这是选择，以确保过滤器运转所需的时间距离1544纳米+/外部-10纳米。
8
选择线性刻度。
注：
结果会运用在轴的线性刻度。
默以为对数〔见图21〕。
9
单击OK〔确定〕以保管设置并封锁对话框。
图21：
光学滤波器剖析器属性对话框
衔接组件
步
举动
1
要衔接的端口，点击剖析仪的输入〔上端口〕，并将其衔接到4端口耦合器〔3dB〕的上侧的输入端口。
该组件由绿线〔参见图22〕衔接。
图22：
衔接光学滤波器剖析器4端口耦合器〔3dB〕的
2
详见图23〔遵照原理图如图1〕衔接在规划中臂的端口。
图23：
规划的衔接局部外
3
衔接的右侧〔输入〕的耦合器上的输入端口与输入端口光学挑选剖析仪〔见图24〕。
其他的输入端口必需被分配到有'不'输入字段。
这是经过运用光学零组件来完成的。
4
要找到光学零组件，在组件库阅读器中，双击默许的文件夹，工具库，并选择光空。
5
在拖动光学零组件到主规划，并将其衔接到输入端口4端口耦合器 〔3dB〕的〔参见图24〕。
图24：
在OptiSystem的环境中完整规划
运转计算
运转计算，请执行以下步骤。
步
举动
1
从文件菜单中，选择计算
或
按计算
上的规范工具栏
该OptiSystem的计算对话框〔参见图25〕。
图25：
OptiSystem的计算对话框
2
点击计算按钮
，
运转完成后，该组件外部参数出如今规划。
留意：
要隐藏的参数，点击检查端口信号数据〔见图26〕上的规划操作工具栏。
图26：
检查端口信号数据按钮
创立图形来检查结果
当仿真完成后，创立图形来检查结果，请执行以下步骤。
步
举动
1
选择图表中的规划窗口选项卡。
四个空图形视图显示在规划窗口。
2
在项目阅读器中，选择光学过滤器剖析仪图标。
两个可用的图形视图的标题出现，功率和光相位〔传输功用和传输相位X〕〔见图27〕。
图27：
在项目阅读器的光学滤波器剖析器
3
点击传送功用图形图标，把它移动到的图形视图象限〔左上，例如〕之一，
该图显示在图表视图窗口〔见图28〕，并出如今图形视图类型对话框。
4
选择以后迭代并单击OK〔确定〕。
值以后迭代显示在图形视图。
留意：
一旦图形被定义，计算运转后在规划所做的任何更改将自动出现。
图28：
图
电源照应可以看出，在上部曲线图。
正如预期的那样，功率从最大值〔归一化到〝1〞，作为最大相对单位〕值在波长光谱的另一端没有功率减小。
以下图描画了光学相位作为输入的时间距离内不时添加的波长的功用。
参考：
[1]冈本，光，光导波路的基础。
学术出版社，圣地亚哥，2000年，第一章。
4.5。
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