的OptiBPM和OptiSystem的集成光学电路仿真-散射数

1、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OptiBPM OptiSystem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

2、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

3、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

4、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

5、备bahaviour的波长依赖性的，光学相位差采用以下形式：  其中为波长，L是臂长度，Ñ，（）和   Ñ 2，（）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from1.534 nm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

6、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。  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_

7、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

8、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

9、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

10、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S

11、BendSin4（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

12、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）。  

13、0; 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。

14、60;  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（）;PSIN（）为每个波导）o 极坐标系中散射数据（出口P，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

15、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：3000×30m的波导宽度：4波导长度：3毫米

16、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Op

17、tiBPM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OptiBPM N×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。Op

18、tiSystem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×M  5加载散射数据到组件的OptiBP

19、M N×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，

20、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1

21、7：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的组成部分，如果最近使用的。 步行动1选择4端口耦合器（3dB）的布局，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。的副本4端口耦合器（3dB）的出现在布局。或3选取

22、最近使用的OptiSystem中的组件库浏览器图标。最近使用的组件的列表将出现在组件库浏览器（参见图18）。4选择组件的OptiBPM N×M个和组件拖动到布局。一个OptiBPM中分量的N×M出现在布局。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在最近使用列表（OptiBPM中分量的N×M选择）  在介绍了输入耦合器和两个手臂，OptiSystem的版面应该像图19。    图19：OptiSystem的布局引

23、进武器后   在完成OptiSystem中的布局  为了完成布局，只需复制并粘贴输入耦合器和移动到右侧（*。s档案已经被加载如前所述）。安排（点击和移动）的图标遵循从图1的原理图约（见图20）。   图20：组件在OptiSystem中布局  要添加光功率的输入和探测器组件的OptiBPM N×M个输出，请执行以下步骤。 注：由于我们正在研究波长响应，我们将使用光学滤波器分析器，它互相发送和从一个给定的时间间隔接收的光。该组件由一个参考光信号之前和之后的计算比较提取的光学部件

24、的频率响应。  步行动1要找到分析仪，上双击默认文件夹，过滤器 LibraryFilter分析仪，并选择光学过滤器分析仪。2禁用自动连接上跌落在布局操作工具栏。3选择光学过滤器分析仪，拖动组件到主布局和它的位置靠近第一OptiBPM中组件的N×M（4端口耦合器3dB）的输入端口。4在双击光学滤波器分析器，打开属性对话框。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。注意：这是过滤器分析仪的中心频率。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

25、，以确保过滤器运行所需的时间间隔1544纳米+ /内部- 10纳米。8选择线性刻度。注：结果会使用在轴的线性刻度。默认为对数（见图21）。9单击OK（确定）以保存设置并关闭对话框。    图21：光学滤波器分析器属性对话框   连接组件 步行动1要连接的端口，点击分析仪的输出（上端口），并将其连接到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）连接。   图22：连接光学滤波器分析器4端口耦合器（3dB）的  2详见图23（遵循原理图如图1）连接在布局中臂的端口。    图23：布局的连接部分内  3连接的右侧（输出）的耦合器上的输出端口与输入端口光学筛选分析仪（见图24）。 其余的输入端口必须被分配到有'不'输入字段。这是通过使用光学零组件来完成的。4要找到光学零组件，在组件库浏览器中，双击默认的文件夹，工具库，并选择光空。5在拖动光学零组件到主布局，并将其连接到输入端口4端口耦合器