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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 第一部分 - OptiBPM中o 第二部
2、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
3、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
4、。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：其中为波长，L是臂长度，（）和 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
5、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 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，
6、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
7、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V
8、B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
9、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
10、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
11、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
12、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（）;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
13、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：300030m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
14、_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OptiBPM NM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
15、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NM位。4选中并拖动的OptiBPM组件的NM到主布局（见图13）。图13：OptiBPM中组件的NM5加载散射数据到组件的OptiBPM NM个，在主要版面，双击的OptiBPM组件的NM。在OptiBPM中组件的NM属性对
16、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NM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NM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OptiBP
17、M中组件的NM成为22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22的OptiBPM分量的NM-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
18、。或3选取最近使用的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 NM个和组件拖动到布局。一个OptiBPM中分量的NM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NM在最近使用列表（OptiBPM中分量的NM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
19、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 NM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NM（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
20、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，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）
21、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（3dB）的（参见图24）。图24：在OptiSystem的环境中完整布局运行计算运行计算，请执行以下步骤。步行动1从文件菜单中，选择计算或按计算上的标准工具栏该OptiSyst
22、em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，运行完成后，该组件内部参数出现在布局。注意：要隐藏的参数，点击查看端口信号数据（见图26）上的布局操作工具栏。图26：查看端口信号数据按钮创建图形来查看结果当仿真完成后，创建图形来查看结果，请执行以下步骤。步行动1选择图表中的布局窗口选项卡。四个空图形视图显示在布局窗口。2在项目浏览器中，选择光学过滤器分析仪图标。两个可用的图形视图的标题出现，功率和光相位（传输功能和传输相位X）（见图27）。图27：在项目浏览器的光学滤波器分析器3点击传送功能图形图标，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），并出现在图形视图类型对话框。4选择当前迭代并单击OK（确定）。值当前迭代显示在图形视图。注意：一旦图形被定义，计算运行后在布局所做的任何更改将自动出现。图28：图电源响应可以看出，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。下图描绘了光学相位作为输入的时间间隔内不断增加的波长的功能。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。
