的OptiBPM和OptiSystem的集成光学电路仿真-散射数

第11课：使用的OptiBPM和OptiSystem的集成光学电路仿真-散射数据导出（光学BPM）散射的数据是在OptiBPM中一个新的模拟功能。OptiBPM中使用时更大的光子电路的一小部分被分离为使用BPM表征散射数据。这个较小的部分具有波导进入左侧和退出的右侧。N个输入和M个输出被假定为具有光在一个模态的配置，虽然输入和输出波导可以倾斜。您可以导出生成的OptiBPMOptiSystem的要供日后分析散射数据矩阵。本课介绍如何生成和导出散射数据，并以简单的二维定向耦合器的OptiBPM和OptiSystem的仿真器之间的连接。有两个部分：o第一部分-OptiBPM中o第二部分-OptiSystem中在您开始这一课o完成第6课：设计用VB脚本3dB耦合器。理论背景我们将分析一个碱性光子电路中，马赫-曾德尔干涉仪（MZI），如图1所示。该设备实际上是由四个基本部件/设备，我们的目标是把电路进入这些原语自现有的设备，或者，换句话说，3dB耦合器。它们可以通过的OptiBPM装置分开的模拟和后来分析由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。任何部门到子组件减少了时间消耗厉害，因为仿真速度是成正比的分量的区域（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标准是大小写敏感的，这个决定是依赖于用户的知识和经验，但是子（即它们的边界）也常常可见自然。另一方面，不正确的subcomponental分裂可导致错误的结果。此外，设计人员已经明确要enitiating任何实用的设计之前，心中一给定电路的工作原理。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（在相同的端口）。这是MZI的主要行为，它可以被利用作为一个基本开关，因为其他输出端口明显的行为以互补的方式与第一个。该装置的功能是众所周知的。光线射入一个输入（我们将选择上面的输入波导，标志着'输入'）。输入3dB耦合将光分成相等的两部分。3dB耦合先前优化，从一个输入端口平分的光输出的。然后，光通过每个臂独立传播。其中之一就是光学较长，是什么原因导致这些武器的两端的相位差。这可以通过多种方式来实现，我们简单地通过增加下臂的纤芯折射率展示出这样的效果。最后，从两个臂来的光入射到输出耦合器，它重新组合取决于相位差的大小的光。如果没有相位差时，光应该最好只是在下部出现（'B'），输出中的端口。然而，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理论为简便起见（你应该指的是任何基本的光子的文献，如[1]）。由于我们感兴趣的设备bahaviour的波长依赖性的，光学相位差采用以下形式：其中λ为波长，L是臂长度，Ñ，（λ）和Ñ2，（λ）是在上，下臂的有效折射率分别。臂在耦合器之间的长度为3毫米。关于材料的配置，纤芯折射率是1.5，包层为1.49的所有设备。下臂的纤芯折射率提高到该值1.52。所有特定波导的宽度为4微米。的有效指标显示了一个基本的检查，所以我们便会有兴趣分析波长间隔from1.534nm到1.554纳米，达到设备（包括耦合器）的期望的行为。很显然，我们可以看到在我们的情况下，下面的子组件（见图1）：o输入耦合器o输出耦合器o两个臂连接所述耦合器一个臂（下）会导致所希望的相位差Φ。图1：MZI的原理图第一部分-OptiBPM中本节介绍以产生OptiBPM中散射数据所需的程序。该程序是：o产生散射数据的脚本o导出散射数据开始设计3dB耦合器，将使用在第6章中创建的耦合器，其中所述耦合器的耦合部分之间的距离的影响，研究了一个脚本（参见图2）。当你运行示例文件，就可以看到最佳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布局图3：电源在输出波导-第6课使用数据在第6课产生散射的数据，请执行以下步骤。步行动1打开Lesson6_3dB_coupler.BPD文件（见图）。有关创建此文件的详细信息，请参见第6课：设计用VB脚本3dB耦合器。注意：您可以使用任何完整的2D布局（包括输入模场）产生的散射数据。2点击脚本在布局窗口选项卡。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：很明显的所有SBends和短中央线性波导（Linear6和Linear3）的垂直位置，必须相应地定义。考虑理想的耦合x=3.5，从剧本产量，所需的垂直位置值3.278和-3.278分别的表情。然而，让我们考虑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构的模拟。我们将降低值略有下降，至+/-3.19。修改这些垂直波导最简单的方法就是手动修改相关的波导坐标。该耦合器被保存为deriv_3dB.bpd进一步剥削。要修改这一课的波导特性，请执行以下步骤。步行动1打开Lesson6_3dB_coupler.BPD文件。有关创建此文件的详细信息，请参见第6课：设计用VB脚本3dB耦合器。注意：您可以使用任何完整的2D布局（包括输入模场）产生的散射数据。2在水平波导标记双击Linear3（见图4），打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在结束选项卡，键入3.19垂直偏移。5单击OK（确定）。该线性波导属性对话框关闭。6在水平波导标记双击Linear6（见图4），打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在结束选项卡，键入-3.19垂直偏移。9单击OK（确定）。的线性波导属性对话框关闭。在S弯波导的末端也必须进行修改以满足两端Linear3和Linear6。步行动1在S弯波导标记双击SBendSin1（见图4），打开S弯正弦属性对话框。2在结束选项卡，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关闭。4在S弯波导标记双击SBendSin2（见图4），打开S弯正弦属性对话框。5在结束选项卡，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关闭。7在S弯波导标记双击SBendSin3（见图4），打开S弯正弦属性对话框。8在结束选项卡，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关闭。10在S弯波导标记双击SBendSin4（见图4），打开S弯正弦属性对话框。11在结束选项卡，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关闭。13除第6课用新的名称，deriv_3dB.bpd。注：在图4的垂直偏移值显示为±3.0|-你改变这些为±3.19。图4：Lesson6_3db_coupler.BPD文件产生散射数据的脚本为了产生散射数据的脚本，请执行以下步骤。步行动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。一个消息框打开，并通知您散射数据的脚本将覆盖当前的脚本（参见图5）。图5：散射数据脚本消息框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要确定扫描间隔和在区间的步数，键入以下波长值：初始值：1.534决赛：1.554步骤：21注：步骤的默认数量为3。当您选择只差一步，结果是波长无关作进一步分析。图6：散射数据脚本对话框5单击OK（确定）。该脚本窗口打开并显示所产生的散射数据的脚本（见图7）。图7：使用脚本窗口散射数据的脚本6从模拟菜单中，选择计算二维各向同性仿真。的模拟参数。出现对话框（参见图8）注：根据模拟技术，模拟使用脚本和仿真生成散射数据信息复选框会自动选中。SMatrixWavelength出现在波长自动盒，而不是一个数值-波长间隔设定在第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单击运行。OptiBPM_Simulator打开和模拟运行。9当仿真完成后，打开OptiBPM_Analyzer以查看结果。导出散射数据有两种可能性为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。然而，极坐标出口是因为慢慢变累积阶段在OptiSystem中进一步插值利于相对较长的设备。因此，需要只有几个迭代步骤。在另一方面，在笛卡尔坐标的出口是值得使用的设备的行为突然相变的情况下，却需要相当数量的迭代（即，频繁振荡功能将被安装在大多数情况下）。从OptiBPM_Analyzer导出散射数据OptiSystem中，请执行以下步骤。步行动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将数据保存为*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程序就完成了。接下来的步骤描述了如何产生，使用，并分析散射数据*出来的，S档与OptiSystem的。创建武器该布局由直线线性波导。使用下面的参数：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：核心（上臂）的折射率1.50的核心（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一直线波导，14或更少的步骤应该是数据导出不够准确。以下列出的4端口耦合器的程序，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的武器的布局第二部分-OptiSystem中本节介绍如何分析散射数据*S来自OptiBPM中在OptiSystem中生成的文件。该程序是：o加载*s档案在OptiSystem中o载入文件的双臂o在完成OptiSystem中的布局o连接组件o运行计算o创建图形来查看结果加载*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。步行动1从开始的任务栏，选择菜单上的程序OPTIWAVE软件OptiSystem中OptiSystem的。OptiSystem中打开。2要打开一个新的项目，从文件菜单中选择新建。主要布局打开（参见图12）。图12：OptiSystem中，新建项目3在组件库，双击默认的文件夹，然后双击OPTIWAVE软件工具文件夹中。该OPTIWAVE软件工具文件夹打开，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到主布局（见图13）。图13：OptiBPM中组件的N×M5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）。必须选择数据的类型（笛卡尔（真实的Imag）或极坐标（振幅相）的选择必须对应于从OptiBPM中（导出的数据样式极地在这种情况下）。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要打开s_data.s文件，值下，单击，打开对话框出现（见图15）。图15：打开对话框8选择deriv_3dB.s文件，然后单击打开。该deriv_3dB.s文件路径下出现价值。9在标签，根据（在这种情况下，我们使用“4端口耦合器（3dB）的”）（参见图16）中的OptiBPM仿真描述该设备。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出（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分量的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：有迹象表明，加载/复制文件到布局时节省时间可在OptiSystem中的选项。此外，Optisystem的保持最近使用的文件名为相同的文件夹下。你可以简单地打开文件夹并拖动OptiBPM的组成