RSoft仿真软件指导书

RSoft 仿真软件指导书
RSoft是一款非常实用的光波导仿真软件。

其中包含了BPM,FDTD,FEM等多种算法，使得它能够适用于各种不同要求场合。

本课程主要使用RSoft算法集中的BPM算法对光波导和简单光波导器件进行仿真计算，从而对光在波导中的传输有一定得了解。

一、软件CAD界面：
下载上的压缩包，解压缩后运行C:\Program Files\RSoft\bin文件夹中的bcadw32.exe，即出现如下图所示的CAD界面。

此界面是定义波导结构和下一步计算的前提。

二、单根波导的仿真：
在软件中，点击左上角的”New Circuit”按钮，如图所示。

点击后弹出基本设置对话框，波导的一些基本特性参数需要在此设定。

我们模拟目前光通信系统中应用最为广泛的掩埋型二氧化硅波导（channel型）。

波导横截面的尺寸结构为6um*6um，芯层折射率为1.465，包层折射率为1.455（包层和芯层的折射率差为0.01），通信波长为1.55um。

基本参数的设定如下图所示（注意，软件中关于长度的单位均为um）：
设置完毕后点击”OK”，进入CAD界面。

首先画一根直波导。

点击”Segment mode”（新建文件时默认就是此模式），如上图红圈所示。

之后在空白的CAD窗口中某一处单击鼠标左键，在任意另一处再单击左键，即可画出一条波导，如下图所示。

到目前为止，画出的波导是任意的，我们还需要对它进行设置，满足我们设计的要求。

将鼠标移动至波导上（红色区域上），再单击鼠标右键，会弹出波导的设置菜单。

由于我们只需要仿真普通的直波导，所以大部分设置保持默认即可。

主要需要调整波导的位置。

在RSoft 软件中，波导位置是由首尾两个坐标确定的，并且BPM计算的光是只沿着z轴传播（即竖直方向），这个是需要特别注意的。

具体设置见下图。

设置完毕单击”OK”，就可以在CAD界面看到修改后的，沿着z轴、长度为1000um的波导（俯视图）。

单单如此还不够，我们还需要设置光源的特性和观察的路径。

首先设置路径，单击左侧工具栏中的”Edit Pathways”按钮。

单击后左侧工具栏会变成路径设置栏。

点击”New”按钮，会新建一个路径，再左键点击我们画好的波导，使路径与波导相一致（此时波导会变绿色），如下图：
然后再点击”Monitors”按钮，会弹出一个小对话框，设置一个与路径相匹配的探测器。

按照下图提示设置完后，点击对话框的”OK”按钮回到路径设置模式，再点击左侧的”OK”按钮回到画图模式。

再进行光源的设置。

单击左侧工具栏中的”Edit Launch Field”按钮，如下图。

单击后会弹出输入光源的设置对话框。

选取波导的基模即可。

如下图：
设置完成点击”OK”。

至此，模拟环境已基本设置完毕。

再模拟前，要需先将文件保存下来。

点击左上角”Save”按钮即可，注意在文件保存的路径中不允许出现空格和中文，请同学们务必注意！
模拟部分：
为了验证波导参数的正确性，而在CAD界面只看俯视图不能完全了解波导结构，我们还需要查看波导横截面的结构。

点击左侧工具栏下方的”Display Index Profile”按钮
会弹出对话框，选择Display Mode为”Contour Map (XY)”模式，
输入要保存文件的前缀名，并点击”OK”，即可看到波导横截面的折射率分布。

还可以进一步观察光在波导中传输时的分布情况。

单击左侧工具栏下方的”Compute Fundamental Mode”按钮，
在弹出的对话框中做如下设置：
输入要保存文件的前缀名，并点击”OK”,软件就开始进行模式的运算，最后会显示结果：
最后进行波导光传播的模拟。

点击左侧工具栏下方的”Perform Simulation”按钮，并按图进行参数设置，输入要保存文件的前缀名，最后点击”OK”.
最后仿真结果应如图所示：
三、定向耦合器的仿真：
Directional Coupler （定向耦合器）在光通信系统中应用非常广泛，既可以作为单独的器件，也可以作为其他器件的组成部分。

Directional coupler 最大的特点就是两根靠的很近的平行波导，光从其中一根波导输入，会在两根波导之间来回耦合。

其中光能量从一根波导耦合到另一根波导所需要的长度叫做耦合长度（Lc），见下图。

Lc
作业：
在熟悉了基本界面和操作之后，同学们需要根据题目的要求，自己设计一个马赫曾德调制器。

如下图：
马赫曾德型调制器的原理就是在某一条臂上加电压，导致折射率变化（如图中黄色的臂），使得两条臂中的光产生相位差，最后形成干涉。

干涉最大即为数字1，干涉最小即为数字0 题目：
波导的尺寸和折射率与之前的一致，通过调整黄色波导的折射率，来模拟电致折变。

用软件的扫描功能扫描黄色波导的折射率，求出输出光最小和最大时，分别对应的折射率。