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OptiSystem7入门讲义（中文）编译人：郑小歪E-mail：wellright@qq.com此讲义仅适用于OptiSystem光通信仿真软件的初学者。（注：此讲义为个人闲暇所编，仅作个人学习与交流，不做他用，存在疏漏与翻译不妥之处在所难免，请诸位抱着批判且中肯不装‘介于A与C之间的字母’的态度给予指正。自成稿之日起，除编译者本人外，请大家本着人道主义精神，三月内，请勿在各大光电论坛上传和分享该文稿。另注：此讲义出自光通信仿真软件交流QQ群：49258352群主：冷小漠，并感谢群成员：girl，小蟹*-*璟的不吝赐教。郑小歪2009.11.01）前言-----OptiWave系列软件简介Asopticalsystemsbecomemoreandmorecomplex,scientistsandengineersmustincreasinglyadoptadvancedsoftwaresimulationtechniquesforvitalassistancewithdesignissues.OptiSystem’spower&flexibilityfacilitatesefficient&effectivephotonicdesigns.Dr.GovindP.Agrawal,Professor,InstituteofOptics,UniversityofRochesterAuthorofFiberOpticCommunicationsSystems“随着光学系统变得越来越复杂，科学家和工程师更加必须采用先进的软件仿真技术作为解决设计问题的必要辅助手段。OptiSystem的强大功能和高度灵活性能够有助于实现有效且高效的光子设计。”罗切斯特大学光学学院教授， Fiber-OpticsCommunicationsSystems（《光纤通信系统》）作者Govindp.Agrawal博士OPTIWAVE（）公司成立于一九九四年，总部位于加拿大，是光纤通信领域中从事光通信系统、光纤与光子学元器件模拟设计软件开发的国际著名公司。目前，OptiWave拥有一千多个用户，遍及全球四十多个国家和地区。这些用户包括朗讯、北电、NTT、Hitachi、Matsushita、阿尔卡特、JDSUnphase、康宁、西门子、爱立信、Marconi、PirelliCavi等，国内的主要用户有深圳华为、武汉烽火、北京大学、香港中文大学、台湾国立大学、北京航天航空大学、上海交通大学、南开大学、天津大学、浙江大学等等。OpticWave公司产品不断发展完善，其推出的模拟软件功能强大，界面友好，操作方便，主要包括以下几个系列。1.OptiBPM光学波导设计软件概述OptiBPM可用来设计复杂的光波导，并模拟这些波导中的光信号定向、耦合、开关、分波和复用/解复用，从而提高工程师的设计能力，规避设计风险，和降低波导设计成本。OptiBPM基于光束传播法（BPM），通过模拟任何波导内的光分布，使得设计者观测模拟光场分布并同时检测发射光场和引导光场。可靠的光束模拟特点便于计算机辅助设计多种集成以及光纤波导问题。OptiBPM的昀新版本OptiBPM9.0还提供了一些类的重要新功能，比如能在布局设计和波导模拟中界定和应用各向异性材料等。应用*设计整合基板的波导，包括通道波导，条状或畸形波导，掩埋型波导，或扩散行成的渐变折射率波导。*设计多种器件，如分路器，合路器，耦合器，调制器，复用器/解复用器与AWG（波导阵列光栅）。*通过与OptiSystem整合可以模拟器件设备规模和光子电路规模。性能与功能*集成仿真环境*功能强大的优化与误差分析*改良的几何波导关系OptiBPM9.0的新特点*支持DXF和GDSI文件导入*光纤向量与LP模式解决*高级比例光纤环路分析2.OptiFDTD时域光子学仿真软件概述OptiFDTD适用于无源及非线性光子学器件的模拟设计。OptiFDTD能够设计、分析及测试器件中的波传播、散射、反射、衍射、偏振以及非线性现象。利用有限差分时域（FiniteDifferenceTimeDomain）方法，实现非常高的准确性和完备性的边界条件。该方法利用全矢量元在时域和频域上解Maxwell耦合卷积方程。可以用于任意几何体并且对于器件的材质没有任何限制。应用*光带隙材料与器件*光微环滤波器和共振器*以波导材料为基础的光栅*衍射微光学元件、复杂的集成光学结构*分线性材料，色散材料，表面等离子体和各向异性材料*光子表面等离子体和表面等离子波*纳米粒子、单元、薄片、透镜*电磁现象OptiFDTD7.1新功能*OptiFDTD7.1提供了WindowsXP64bit和Vista64bit操作系统的支持。*全场散射场（TF/SF）：引入一个新的完全倾斜平面波激励方法，这样可以区分全场和散射场。支持理想的场交叉区分析和光栅仿真。*平面输入波的初相位：新特性能够让用户用输入波来补偿初相位，特别用于对几个输入平面波进行耦合信号分析。*FDTD边带处理，OptiFDTD集成了2D边带处理。基于减少仿真区域，从而产生边带图表。*波导厚度选择，波导可以再厚度和宽度上窄化。通道波导和光纤可以被线性或者成比例的窄化。*数据分析，OptiFDTD提供强大的数据后处理工具。包括，离散傅里叶变换，传输函数计算、静态及时域电磁场图案，矢量分析、偏振计算、远场转换、2D/3D观察模式。*Lorentz-Drude模型，Lorentz-Drude模型用于金属集成的光子回路。这一先进的材料模型，为用户提供了对金属结构更准确、全波仿真。*PWE边带处理，基于平面波扩散（PWE）的新边带处理可以使用户在三维分析光子晶体材料的特征。主要功能和特征：*OptiFDTD丰富的材料库*无损以及损耗材料*各向同性以及各向异性材料*衍射谐振材料*Drude材料，Lorenz-Drude模型*二阶，三阶非线性材料*克尔效应、拉曼效应材料*金属材料、理想半导体材料各种激励源：*波导模式、高斯模、矩形波、单波长激励源*用户自定义激励源*点光源、偶极子光源*光谱、功率、幅度、方向可调*多激励源、多端口、多波长先进的边界条件：OptiFDTD包含了一个先进的边界条件仿真特性，可以用来优化存储和提供更加准确的结果。代替传统的PML方法，采用UPML方法计算吸收边界条件。周期边界条件，对周期和对称结构的理想电介质和理想的磁介质，采用UPML方法实现更加先进的仿真。完备的光子晶体设计：OptiFDTD允许用户设计任何格子和周期结构的光子晶体。可以改进设计特征，用户可以自定义形状和结构。通过脚本程序自动仿真：用户通过VB脚本语言实现自动仿真。该仿真完全与用户界面集成，自动脚本工具实现流线自动过程，快速、方便转换任何层设计或者部分设计到脚本：用户可以建立器件库，可以添加任何新的设计无需手动用户界面操作，用户可以方便穿件非常复杂的设计，用综合的后处理工具进行优化仿真。3.OptiFiber光纤设计软件概述在电讯和数据传输中，光纤的参数选择直接影响到这个光学系统的性能。截面尺寸、材料成分和折射率分布都影响光纤的线性和非线性效应，因此必须认真选择已达到好的光学性能。应用OptiFiber光学设计软件大大简化了光纤设计过程。对于使用和设计光纤、光纤器件和光纤传输系统工程师、科学家、学生，OptiFiber是一套功能强大的工具，包含了“光纤模态解析”、“光纤色散模型”、“光纤损耗”、“偏振模色散”（PMD）等运算工具。应用*评估参数、灵敏度和容限*根据有限差分方法或传输矩阵方法求解LP或矢量模式的光纤模式*分析从仪器（例如EXFONR-9200）测得的光纤形状*单模光纤设计，例如CorningSMF-28、色散平坦光纤或色散位移光纤。*多模光纤设计，例如50/125m和62.5/125m二氧化硅光纤。*传播中的多模干涉图的可视化*自动参数扫描*光纤传感器设计*计算来自固有或非固有干扰的双折射和PMD。4.OptiGrating集成光纤光栅设计软件概述OptiGrating是一款功能强大、易于使用的光纤光栅以及波导光栅设计软件，用于结合了光栅特性的光纤器件设计，它运用耦合模型理论模拟光并实现对光栅的分析综合。一个复杂的光栅是可以近似看做由一系列的独立单元组成，可以运用传输矩阵来连接各个单元，从而分析整个光栅的特性。因此，在光栅器件的设计中，需要测试并巧妙处理光栅结构，优化各个光栅单元性能，从而完成整个光栅器件的设计。应用*WDM分插、窄带和宽带光纤*以及波导滤波器*光纤布拉格反射器*EDFA增益平坦元件*光纤通信的色散补偿器*使用光栅切趾进行边带抑制*光纤传感器和波导传感器*耦合到包层模式的长周期光栅5.Optisystem光通信系统与放大器设计软件概述OptiSystem可以帮助用户规划、测试和模拟几乎传输层所有的光纤系统，包括局域网、城域网和广域网，也提供了从组件到系统各个层面的传输层光通信系统设计和规划，并仿真出分析结果和应用。而通过与optiWave公司其他软件产品，工业设计工具和电子自动化设计软件的整合，Optisystem有助于你的产品迅速推向市场，并缩短投资回收期。而昀新的Optisystem7.0提供了对64Bit操作系统的支持。应用*WDM/TDM或CATV网络设计*SONET/SDH设计*发送端、通道、放大器和接收器设计*误码率估算以及对不同接收模式的系统性能估算*放大器系统的误码率以及链路预算估计特点与功能*丰富的器件库*Optiwave系列软件整合*混合信号表达*质量与性能法则*高级工具与数据检测*分级仿真子系统*强有力的脚本语言*强大的数据计算流*生成页面报告与物料成本Optisystem7.0的新功能与新特点：*WDM-PON、无源网络（PON）*FTTx、无线光通信（OWC）、光纤无线电（ROF）*双向AWG、微波组件*MLSE（极大似然估计）*自由空间光通信（FSO）*空间以及极坐标图*高级分析工具与S参量提取Optisystem的两种版本1.Optisystem放大器版本-光纤放大器&激光器设计软件：*反射式半导体光放大器（RSOA）*针对CATV或WDM网络设计的单级或多级EDFA*反射、裂带和双向放大器：光学增益平坦放大器；线性，非线性和环形光纤激光器*拉曼和混合拉曼/EDFA仿真；ASE宽带光源；增益平坦滤波器*放大器系统误码率和链路预算评估2.Optisystem多模光通信系统版本-多模光通信系统设计软件：*多模光纤模型，包括Parabolic-Index和Measured-Index模型*高级模式解决方案，为不同光纤概况计算耦合系统和模态延误*整合使用OptiFiber，Optisystem使用户可以轻松设计出光纤折射率分布*空间耦合器允许在不同组件之间模拟旋转、位移和倾斜。*一个包含多模光探测器和接收器的库，其中包括因为光未对准而造成的损失*镜头和光圈组件使用户可以操纵特殊分配的光信号*通过环绕通量分析仪计算平均光强和环绕通量*空间观测仪显示不同的三维图表用于分析空间模式和对于每一个偏振的所有模式*延迟分析器，可以发射接收光脉冲，自动引入发射机和光纤之间径向偏移，对于分析差分模式延迟和脉冲宽度随径向偏移。（注：09年OptiWave公司推出了8.0版本，与7.0相比又加入了一些新的功能，可以在其官方网站上查得，在这里不做过多赘述。）6.OptiSPICE光电子线路设计软件OptiSPICE是首款用于包含光学元件和电子元件交互的集成线路分析的线路设计软件。它允许在晶体管层对光电子线路进行设计和仿真，包括激光驱动器到跨阻放大器、光互连以及电子均衡器。OptiSPICE可提供同时包含光学部分和电子部分反馈的光电子线路的自洽解。OptiSPICE是参数提取、示意图设计、线路仿真及波形分析的完全集成解决方案。说明*在芯片级和电路板级同时存在电气元件和光学元件的趋势越来越明显，因此，为设计者提供可准确高效地预测光电集成线路和电路板中信号行为的