OptiBPM 光波导设计软件

功能：

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。

图形显示

OptiBPM具有最先进的图形显示工具，使您能够查看，操作和打印场幅度，相位，有效折射率分布和其他计算数据。其功能包括：
 颜色高度图
 3D图形中的实体建模
 添加可自定义的颜色
监控窗口允许用户沿波导选定的多个路径查看信号。

波导形状

提供各种类型的波导形状，包括: 直线、圆弧、梯形（直线的、抛物线的和指数的）和S型弯曲（弧形的、正弦的和余弦的）。波导的设定是完全参数化的，波导位置和所有其它波导特性都可以使用简单的表达式很方便的进行控制。用户自定义波导允许在设计中创建和使用任意形状的波导。这些定制波导形状可以通过中心路径定义,或者通过指定波导的上下边界来定义。任何能用单变量标准函数描述的波导形状都可以输入。

用户可以使用鼠标或者VB脚本命令创建和安放波导。波导可以在x-z平面的宽度和长度，以及y轴的高度上进行拉锥。波导可以在厚度上拉锥，通道波导可以线性拉锥，光纤可以线性成比例地拉锥。

AutoCAD DXF和GDSII文件格式的输入

OptiBPM支持导入和导出标准掩膜版文件格式。一旦用户已经完成了OptiBPM的波导回路的设计和仿真，就能够输出优化好的波导形状到掩膜版，然后进行批量生产。

光纤矢量和LP模求解器

基于有限差分网格的模求解器具有局限性，对于光纤计算有时无法达到精度要求，因为远离光纤纤芯的场幅值可能比有限差分计算过程中产生的误差要小几个数量级。所以，OptiBPM配有一个多层光纤模求解器，该求解器采用传递矩阵技术代替网格技术来求解LP模和光纤矢量模式。对于差好多数量级的场分布的求解成为可能。

先进的优化算法

一个最佳设计可以通过对基本设计原理的洞察来实现。然而，寻找最佳设计方案通常要耗费冗长的优化过程。OptiBPM具有可以完全自动化这个重要步骤的优化算法。OptiBPM利用了一些以被验证过的优化算法，如用于一维的黄金分割搜索算法，以及用于多维搜索的单纯形法或者方向设置法。

大尺度光子回路分析

光束传播法(BPM)适用于微观尺度 (典型的最小距离约为0.1um)，但另一方面光子回路可以占据整个晶片(尺度：10cm)。成功的分析需要将基本的微观技术和更抽象或者系统层面的方式相结合。OptiBPM具有计算散射数据的功能，通过此功能可以获得任何器件的传输矩阵。一旦利用此方式，器件(整个光子回路设计的一部分)可以上传到OptiSystem上，在光学系统层面对光子回路进行分析是非常有效的，由此可以设计出先进的光子回路，如网格滤波器，梳状滤波器，环形耦合谐振器，AWG等。

电光效应仿真

OptiBPM可以模拟线性电光效应（Pockels效应）。用户可以制作任何形状的电极并放到设计架构之中。OptiBPM会先计算横截面的静（或射频）电场，然后计算电光效应下波导里的光传播。

应用：

· 对集成在一个衬底上的波导上进行建模，包括通道波导，脊或脊波导，掩埋波导，和扩散型波导。
· 设计分束器、合束器、耦合器，调制器，复用器，和阵列波导（AWGs）
· 设计光纤器件