Rsoft软件简介与使用
浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用
2018年第10期教育教学2SCIENCE FANS 浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用*刘春兰，魏…………勇，苏于东（重庆三峡学院…………电子与信息工程学院，重庆…………404120）【摘 要】光学作为理学类专业的一门基础学科，在本科生教育中占有非常重要的地位，近年来光纤光学已被引入了本科及研究生课堂。
本文提出了在光纤光学教学中使用Rsoft软件进行仿真分析，结合该软件的使用特点，采用软件仿真的实验教学方式，将光纤传播理论中难懂的理论知识转变为可视化的图像显示，直观的反应光纤传光特点，帮助学生理解和分析，有效提高教学质量和教学效率。
【关键词】Rsoft；仿真；光纤光学【中图分类号】G612 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8437（2018）10-0002-02近年来，光纤技术发展迅速，已广泛应用于通信、生物、化学、医学等各个领域。
“光纤光学”是光学专业研究生的专业课，是本科生“高等光学”学科中的主要章节，具体内容涉及了光纤通信、光纤传感、薄膜光学等众多学科，具有内容广泛、理论深厚、知识更新快速、理论与实际紧密联系等特点[1]。
在教学中我们发现，光纤光学成为高等光学学科中最为难懂的一部分内容，因目前的教科书就这部分内容给出长篇大论的理论推导，学生理解十分困难，从而导致失去学习兴趣，影响教学效果。
为解决这一实际问题，我们在实验课程中引入Rsoft软件进行仿真教学，将理论分析结果可视化，通过参数设置帮助学生理解数学模型中各个参量的实际意义，使计算结果生动、直观的展示在学生面前，激发学生独立思考的学习兴趣，提高学生逻辑思维和动手能力。
此外，通过该仿真软件的学习，还可帮助研究生在学习理论知识之外掌握基本科学研究的理论学习方法，为研究生从事科研项目奠定基础。
1 利用Rsoft进行光纤传感仿真仿真是指利用数学建模的方法，复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或存在设计中的系统。
Rsoft软件简介和使用
目录Rsoft简介 (3)Chapter 7 Tutorials 第七章教程 (5)Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器 (5)Device Layout: 器件结构： (5)Defining Variables 定义变量 (6)Drawing the Structure 画器件结构图 (6)Checking the Index Profile 核对折射率分布 (9)Adding Time Monitors 添加时间监视（探测）器 (10)Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发 (12)Launch Field 激发场 (12)Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱 (12)Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率 (14)Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发 (16)Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格 (17)Lattice layout 晶格布局 (17)Base Lattice Generation 基准晶格的创建 (17)Lattice Customization 定制晶格 (18)Checking the Index Profile 核对折射率分布 (18)Inserting Time Monitors 插入时间监视器 (19)Launch Set Up 激发场设置 (20)Simulation 模拟 (21)Data Analysis 数据分析 (22)Switching Polarization 改变偏振为TM模 (23)Periodic Boundary Condition Set Up (24)Tutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure 教程 3：PBG晶体： T型结构 (24)Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode 教程四：PBG 晶体：缺陷模型 (24)Rsoft简介包括BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD、DiffractMOD、FemSIM, 以及MOST软件。
Rsoft软件(BPM,光束传播法模拟)中文课件(5.6光纤模式转换器)江苏大学陈明阳教授编写 2018最新版
总结
1.高阶模的监视器设置 2.重叠区波导折射率确定（通过优先级来改变
重叠区折射率值，谁高[优先级]取谁[折射率差] ）
江苏大学陈明阳
2. M.-Y. Chen, G.-D. Cao, Y.-Q. Tong, and L. Wang, "High-order mode conversion based on adiabatical mode evolution for mode division multiplexing applications," Applied Optics 56, 5125-5130 (2017).
倒树结构模场转换效果图
江苏大学陈明阳
模分复用器/解复用器
辅助纤芯6
选取辅助纤芯6的折射率差为0.0063 ，为了实现从单芯端面输入LP21b时 ，能从辅助纤芯6输出
辅助纤芯5
辅助纤芯5选取折射率差为 0.0083，为了实现从单芯端 面输入LP11b时，能从辅助纤
芯5输出辅。 助纤芯1-4
第一类辅助纤芯选取折射率差为 0.0095，该结构能够实现从LP01、 LP11a、 LP21a、 LP02模式的依次输出 。
模式复用器成为模 分复用系统通信性 能优劣的关键性因 素。江苏 Nhomakorabea学陈明阳
光纤模式转换器设计
建模
35um
L=80mm 20um
Rsoft软件示例
模型结构图
江苏大学陈明阳
1 模式转换器的功能设想
能够实现模式从低阶到高阶的转换 以及模式从高阶到低阶的转换
LP21b
LP11a
RSoft 介绍
RSoft CADRSoft CAD 为美国RSoft Design Group, Inc. 所开发，RSoft CAD 是RSoft 被动组件仿真软件BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD、DiffractMOD、FemSIM 与ModePROP 的核心程序，它可让用户设计绘制波导组件、光路与其它光子组件，并定义被动组件的材料特性(material properties) 与结构几何(structural geometry)。
软件优势极具弹性的设计环境，可虚拟产生任何结构几何。
RSoft 被动组件仿真软件的必备设计环境。
提供RSoft 被动组件仿真软件单一的设计平台，不必针对不同算法转换结构几何。
方便操作的接口，可良好地控制绘制与仿真组件。
对象导向设计布图功能可让用户设计绘制光子组件与光路- 它可透过鼠标轻易地由工具列选取: 直、渐变(tapered)、弧形(curved)、透镜(lenses) 与多边形(polygons) 等组件。
除了标准对象外，RSoft CAD 更允许用户输入数学式或数据文件来自订组件结构几何。
组件位置可直接指定或透过偏移(offsets) 功能来定义与其它组件的相对位置。
可随时选取、移动、缩放、删除或重新插入一或多个组件。
此一独特的设计功能提供用户极大的系统设计弹性。
点选鼠标右键即可设定每个独立组件的相关特性，例如，结构几何参数、材料折射率分布的类型与数值等光学特性。
再者，每个组件的相关参数(例如: 位置、坐标、宽度与折射率) 皆可透过包含用户自定变量的数学式来定义; 而不只是单纯的常数。
用户可透过公式轻易地修改定义组件的角度，或只针对整体光路修改单一变量; 而不必个别调整结构的各个部份。
软件功能可检视X、Y、Z 轴向结构图之3D 编辑选项。
可同时显示X、Y、Z 不同轴向组合与可旋转之3D 立体结构图。
对象导向设计环境。
可绘制复杂组件结构之阶层式布局功能。
Rsoft实用操作
5 弯曲波导模拟
• 波导弯曲时导致的传输损耗,可通过软件模 拟,采用模式求解法得到。
• 最常应用于光纤的弯曲损耗模拟
例：模拟光纤在不同弯曲半径下的 传输损耗
波导结构:
弯曲半径的设置
弯曲半径的设置
模拟波导弯曲
弯曲半径设置（单位微米）
弯曲半径为10mm的石英光纤
弯曲半径为10mm的石英光纤
弯曲半径为10mm的石英光纤
石英光纤应力系数
采用相关函数法计算
弯曲半径为20mm
弯曲半径为5mm
6 模场直径计算
• 例：获得通道型波导的模场直径（面积）
Propgation(传输)计算
相关函数法结果
相关函数法监视结果
迭代法结果
其它常用操作
• 1 拷贝图形
Metafile(图元)格式
0.5
0.4
Monitor Output
0.3
0.2
0.1
0.0
1
23Biblioteka 4567
8
9 10
sita
Bitmap(位图)格式
说明
• Metafile(图元)格式：适用于曲线图形 • Bitmap(位图)格式：通用
2 对数(分贝) 表示
• 对于频域（反映波导输出结果与波长关系） 的分析,一般用分贝显示结果
例：耦合器分析
单个计算结果
计算波导输出与波长的关系曲线
计算结果
蓝线：左侧波导 绿线：右侧波导
对数（分贝dB）显示
蓝线：左侧波导 绿线：右侧波导
3 场分布显示格式调整
4 显示比例调整
锁定显示比例 (自定义显示比例)
显示比例(纵/横比)
调整显示比例为1:1
结果显示
Rsoft教程软件第3章
1 BeamProp基本计算步骤
(1)Global Setting Dialog设置
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
(2) 光路排布(包括变量设置)
江苏)设置初始场参数
江苏大学陈明阳
(5)设置计算参数
江苏大学陈明阳
(6)查看结果
Gaussian:高斯场
f
(x,
y,
z0
)
e
x2 a2
e
y2 b2
Rectangle:矩形场
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• MultiMode 初始场由多个等能量的模式场所组成
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• 初始场不倾斜
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• 初始场倾斜
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路径
背景折射率和波导折射率差 用于计算Slab or Fiber Mode 输入场向XZ面或YZ面的倾斜角
波导的宽度和高度
输入场的中心位置
江苏大学陈明阳
例:光纤连接损耗分析
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
初始场设置
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
• Guass
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3 运行设置
• 设置计算区域，计算步长 • 显示模式 • 显示参数及输出文件设置
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
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• LP21
江苏大学陈明阳
江苏大学陈明阳
File:将文件中相应的场作为初始场
Computed Mode:首先计算得到波导的模式,然后将得到 的模式场作为初始场
Slab Mode: 以平板波导的模式场作为初始场(二维)
Fiber Mode: 以圆波导(光纤)的模式场作为初始场(三维)
RSoft软件许可协议和说明说明书
Obtaining RSoft Software and License Key Files Optical Solutions GroupMarch 2016Copyright Notice and Proprietary InformationCopyright © 2015 Synopsys, Inc. All rights reserved. This software and documentation contain confidential and proprietary information that is the property of Synopsys, Inc. The software and documentation are furnished under a license agreement and may be used or copied only in accordance with the terms of the license agreement. No part of the software and documentation may be reproduced, transmitted, or translated, in any form or by any means, electronic, mechanical, manual, optical, or otherwise, without prior written permission of Synopsys, Inc., or as expressly provided by the license agreement.Right to Copy DocumentationThe license agreement with Synopsys permits licensee to make copies of the documentation for its internal use only. Each copy shall include all copyrights, trademarks, service marks, and proprietary rights notices, if any. Licensee must assign sequential numbers to all copies. These copies shall contain the following legend on the cover page:“This document is duplicated with the permission of Syn opsys, Inc., for the exclusive use of______________________________ and its employees. This is copy number __________.”Destination Control StatementAll technical data contained in this publication is subject to the export control laws of the United States of America. Disclosure to nationals of other countries contrary to United States law is prohibited. It is the reader’s responsibility to determine the applicable re gulations and to comply with them.DisclaimerSYNOPSYS, INC., AND ITS LICENSORS MAKE NO WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, WITH REGARD TO THIS MATERIAL, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.TrademarksSynopsys’ company and certain product names are trademarks of Synopsys, as set forth at:/Company/Pages/Trademarks.aspx. All other product or company names may be trademarks of their respective owners.Table of ContentsIntroduction (1)Signing Up for a SolvNet Account (1)Downloading RSoft Products from SolvNet (2)Using SmartKeys to Download License Key Files (4)Installing RSoft Software (5)Ordering Tangible Media (CDs) (6)IntroductionCustomers in Direct-Sales regions (USA and some other countries) who have purchased copies of the RSoft software from Synopsys can download installation files and License Key files from the Synopsys SolvNet web site. Customers in Distributor-Sales regions (see for a complete list of distributors for the RSoft products) should contact their Distributor for access to these items.Signing Up for a SolvNet Account1.Go to and click the Sign Up Now button.2.Click the Sign Up for an Account button.3. A corporate email address is required to register for SolvNet. For example, an address like************************* is valid, whereas public-domain email addresses such as ******************* or ******************* cannot be used. Note that Synopsys has changed the SolvNet access policy for Universities, contact ************************** if you need assistance.4.During the registration process, you will need to enter your company’s Site ID. If you do notknow your Site ID, email ************************ to request it. Be sure to include your company name and address in your email request.5.After you submit your information, you will receive a confirmation email from SolvNetwithin 24 hours with instructions for completing the registration process.Downloading RSoft Products from SolvNet1.Log into SolvNet () using your SolvNet account.2.From the SolvNet homepage, click the Downloads tab.3.The list of Synopsys products displayed will contain all the products currently licensed atyour organization’s location. Select the product you wish to download.4.Select the version of the product that you would like to download.5.Click the Download Here button. Note that you can Sign Up to receive automaticnotifications from SolvNet when new versions of this Synopsys product are released.6.Read and click the Yes, I Agree to the Above Terms for Synopsys’ Electronic SoftwareTransfer (EST).7.Look through the list of files and use the Download button(s) to download the files that youneed. For some of the RSoft products, both Windows and Linux versions will be shown for download. You will only be able to use the Linux version if you are licensed for it separately.If needed, you can also download the latest copy of the RSoft Installation Guide.8.You should go back to Step 3 in this section and repeat Steps 3-7 for any other products thatyou need to install:∙Windows Installations: You will need to download only the RSoft component or system installers. The required Synopsys Common Licensing (SCL) installer isincluded in the RSoft installer.∙Linux Installations: You will need to download the RSoft component or system installers, Synopsys Common Licensing (SCL), and the Synopsys Installer.See the RSoft Installation Guide for a complete list of installation requirements.Using SmartKeys to Download License Key Files A License Key File is a file that contains licensing information that corresponds to your RSoft license. The SmartKeys web interface on Synopsys’ SolvNet website can be used to obtain license key files:1.Go to the SmartKeys page on SolvNet (/SmartKeys). You can also getthere by going to the SolvNet Downloads page and clicking the SmartKeys link in the lower right column.2.On the SmartKeys page, click the Key Retrieval link.3.If you would like to download license key files for all Synopsys products licensed at yoursite, simply click the Retrieve Licenses button. If you want to obtain a license key file for a specific Host ID, enter the Host ID and then click Retrieve Licenses.4.You will receive a separate email for each Host ID you have requested. Save this file to aconvenient location on your computer for use during the RSoft product installation.Installing RSoft SoftwareThe basic installation instructions are:∙Windows Installations: run the RSoft installer as administrator. It will guide you through the installation process. Additional details can be found in the RSoft Installation Guide.∙Linux Installations: See the RSoft Installation Guide for complete instructions.The RSoft Installation Guide can be downloaded from SolvNet or, after installation, can be found at <rsoft_dir>\docs\install.pdf where <rsoft_dir> is the RSoft installation directory (C:\RSoft) by default.Ordering Tangible Media (CDs)If needed, you can order installation CDs for your Synopsys’ Products from SolvNet:1.From the SolvNet homepage, click the Downloads tab.2.Click the MediaCenter link in the lower right corner of the download page.3.Select the Synopsys Tools that you would like included on the CD. If you have a Linuxlicense, be sure to include Synopsys Common Licensing (SCL) and the Synopsys Installer since it is required for installing on Linux.plete the Ship-to Address information. Items in bold are mandatory. Click Continue.5.Review the shipping request click Place Order to complete the CD order.7 Obtaining RSoft Software and License Key Files。
Rsoft指导
Rsoft软件使用说明洪建勋本说明主要讲解Rsoft软件中Beamprop和Fullwave模块的使用，Beamprop是采用光束传播法来仿真的，Fullwave是采用时域有限差分法来仿真的。
具体的算法理论这里不做详细的讲解，可以参考相关的书籍，特别是时域有限差分法，相关的书籍很多。
Beamprop和Fullwave模块在同一个环境中运行，因此CAD画图方法基本是一样的。
本说明不能成为一个完整的教材，因此这里只对软件做简单的说明，不能面面俱到，描述也尽量简洁，不够清晰之处请结合实际操作理解。
本软件也不能对光电子器件的工作原理和设计方法进行讲解，这方面的知识需要参考其他的资料。
1.Rsoft软件安装及界面介绍1.1 安装安装完成之后将"bin" 和 'lincenses'文件夹拷贝到安装目录下，覆盖原来的文件夹。
1.2界面介绍运行软件之后显示如下包括菜单和快捷按钮，菜单和一般软件的布局功能相似，应该很好理解，说明如下。
File：新建、打开、保存、打印、输出GDS2等格式文件。
Edit：复制、粘贴、剪切、旋转、转换成多边形、平坦化。
View：全局视图、放大、缩小。
Option：选项设置、全局设置。
Run：计算快捷按钮介绍如下。
包括基本操作按钮、画图按钮、数据查看与仿真按钮。
下图标注了一些常用的按钮的名称，其他的按钮或是相关的设置很少用到，一般选默认。
1.3坐标系界面中显示的是X和Z坐标，Y坐标垂直于界面，由里指向外。
二维时，y向无穷大，不需要设置y坐标。
2 CAD画图两个模块的画图方法是一样的，这里，以BEAmprop为例。
2.1 新建一个文件点击新建出现下图，主要是选择仿真模块，设置全局参数。
这里需要对全局设置进行说明，每次画一个部件，它的各个参数默认取全部设置中的值。
背景折射率是指没有波导的空间的折射率。
折射率之差决定了波导的折射率，比如背景折射率为1，折射率之差为0.01，那么波导部分的折射率为1.01，二维时，高度为零。
RSoft_仿真软件中文实例指导书
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：下载网站上的压缩包，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。
Rsoft仿真一个耦合器
下面将介绍如在Rsoft软件中仿真一个耦合器。
打开Rsoft软件，导入耦合器的.ind 文件，即“File”->"Open"。
给耦合器设置路径，单击如图所示红 圈中的按钮。
在弹出的对话框中，单击“new"新建 一条路径，然后用鼠标在模型中选中 一条路径，如图所示。
继续单击”new“，并在模型中选择， 生成第2第3条路径。然后单击”ok“， 保存设置。
左图表示了本步片内 容为准。
单击模拟按钮，设置仿真的步长和结 果显示的方式，单击”ok“,便能看 到仿真的动态过程了。
谢谢观看
左图表示了本步骤的内容，以图片内 容为准。
给耦合器设置注入光，单击图中红圈 中的按钮。然后在弹出的对话框中设 置光从第三条路径注入。
左图表示了本步骤的内容，以图片内 容为准。
给耦合器添加监视器以观测仿真过程 中的耦合器功率变化情况。单击图中 红圈中的按钮，在弹出的对话框中分 别给三条路径都加上监视器。单 击”ok“保存。
Rsoft软件(BPM,光束传播法模拟)中文课件(第1-3章)江苏大学陈明阳教授编写 2018最新版
光通信器件设计江苏大学光电信息科学与工程系陈明阳2018.9主讲教师简历⏹陈明阳，博士，江苏大学教授，光电系系主任，江苏省“青蓝工程”培养对象。
博士论文曾获2006年度全国优秀博士学位论文提名奖，导师为我国集成光学创始人于荣金教授。
香港城市大学电子系访问研究员（2014-2015）。
⏹现为IEEE、OSA会员，中国光学学会高级会员，科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金项目等评审专家。
⏹主要从事特种光纤结构设计及光纤技术应用等研究工作。
主持完成国家、省部级和横向课题10多项。
⏹发表论文70余篇，其中基于光束传播法应用方面的论文30多篇。
在Optics Letters、Optics Express、IEEE Photonics TechnologyLetters等国际光学期刊上发表SCI收录论文50余篇，其中SCI二区论文17篇。
论文总计被SCI引用500多次。
⏹获授权发明专利40余项，授权PCT专利（美国发明专利）2项（第一发明人）。
研究成果获省部级科技进步二等奖2项（排名第二和第四）。
主讲教师简历⏹近期光束传播法相关论文：⏹ 1. Investigation on adiabatic mode evolution in a few-modeoptical waveguide. Applied Physics B 2018, 124(5): 88.⏹ 2. Design of mode conversion waveguides based on adiabaticalmode evolution for mode division multiplexing. Applied PhysicsB 2017, 123(10): 256.⏹ 3. Design and optimization of fundamental mode filters based onlong-period fiber gratings.Opt. Fiber Technol.,2016, 30,89-94.⏹ 4. Mode-Selective Characteristics of an Optical Fiber With aHigh-Index Core and a Photonic Bandgap Cladding.2016, 22(2): 1-7.第一章绪论1. 学习内容Rsoft:基于光束传播法、时域有限差分法、传输矩阵法等，用于光波导器件设计和分析的专业软件2. 光器件数值模拟的意义⏹它为光器件研究提供一个低成本的试验空间和合理的实验方案；⏹通过数值模拟，可以进一步理解光波导的基本原理。
Rsoft软件简介和使用教程
RSOFT 使用教程目录Rsoft 简介 ...............................................错误 ! 不决义书签。
Chapter 7 Tutorials第七章教程 . .........................错误 ! 不决义书签。
Tutorial 1: Ring Resonator教程 1：环形共振器 ...........错误 ! 不决义书签。
Device Layout:器件构造： . ...........................错误 ! 不决义书签。
Defining Variables定义变量 . .........................错误 ! 不决义书签。
Drawing the Structure画器件构造图 . ..................错误 ! 不决义书签。
Checking the Index Profile查对折射率散布 ............错误 ! 不决义书签。
Adding Time Monitors增添时间监督（探测）器 ..........错误 ! 不决义书签。
Simulation: Pulsed Excitation模拟：脉冲激发 .............错误 ! 不决义书签。
Launch Field 激发场 . .................................错误 ! 不决义书签。
Wavelength/Frequency Spectrum波长 / 频次光谱 ..........错误 ! 不决义书签。
Increasing the Resolution of the FFT提升 FFT 的分辨率错误 ! 不决义书签。
Simulation: CW Excitation模拟：连续激发 ................错误 ! 不决义书签。
Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice教程2：PBG晶体：四方晶格错误!不决义书签。
rsoft使用手册
rsoft使用手册RSoft是一款功能强大的软件工具，用于光学设备和系统的模拟和优化。
本使用手册将介绍RSoft的基本功能和操作步骤，帮助您快速上手并从中受益。
第一步：安装和启动1.下载RSoft软件包并按照安装向导进行安装。
2.启动RSoft应用程序。
您将看到一个用户界面，其中包含各种工具和选项。
第二步：创建项目1.在RSoft中，点击“新建项目”来创建一个新项目。
2.输入项目名称和相关信息，并选择项目类型（如光纤器件、光通信系统、光栅设计等）。
3.点击“创建”按钮来创建项目。
第三步：模拟和优化1.在项目中，点击“新建模拟”来创建一个新的模拟实例。
2.输入模拟名称和相关参数，如光源、材料属性、光学元件等。
3.选择所需的模拟类型，并设置模拟参数。
4.点击“运行模拟”按钮开始模拟过程。
5.分析模拟结果，并根据需要进行调整和优化。
第四步：结果分析1.在模拟完成后，可以查看和分析模拟结果。
2.使用RSoft提供的绘图工具和数据分析工具，可视化结果并进行统计分析。
3.导出结果数据或生成报告，以便与团队成员共享。
第五步：高级功能RSoft还提供了一系列高级功能，可进一步扩展您的模拟和优化能力。
以下是一些常用的高级功能：1.光纤光栅设计：使用RSoft的光纤光栅设计工具，可设计和优化各种光纤光栅器件，如光纤布拉格光栅。
2.光通信系统模拟：使用RSoft的光通信系统模拟工具，可以模拟和优化光纤通信系统的性能，包括信号传输和调制等。
3.光子集成电路设计：RSoft提供了一套工具，可用于设计和优化光子集成电路的性能和布局。
4.成像和传感器模拟：利用RSoft的成像和传感器模拟工具，可以模拟各种光学成像系统和传感器的性能。
Rsoft软件(BPM,光束传播法模拟)中文课件(实用操作 )江苏大学陈明阳教授编写 2018最新版
光通信器件设计第七章实用操作江苏大学光电信息科学与工程系陈明阳2018.9第七章实用操作 1 拷贝图形Metafile(图元)格式sita 12345678910M o n i t o r O u t p u t 0.00.10.20.30.40.5Bitmap(位图)格式说明Metafile(图元)格式：适用于曲线图形 Bitmap(位图)格式：通用2 对数(分贝) 表示对于频域（反映波导输出结果与波长关系）的分析，一般用分贝显示结果例：耦合器分析单个计算结果计算波导输出与波长的关系曲线计算结果蓝线：左侧波导绿线：右侧波导对数（分贝dB）显示蓝线：左侧波导绿线：右侧波导3 场分布显示格式调整4 显示比例调整锁定显示比例(自定义显示比例)显示比例(纵/横比)调整显示比例为1:1结果显示5 弯曲波导模拟波导弯曲时导致的传输损耗,可通过软件模拟,采用模式求解法得到。
最常应用于光纤的弯曲损耗模拟例：模拟光纤在不同弯曲半径下的传输损耗波导结构:弯曲半径的设置弯曲半径的设置模拟波导弯曲弯曲半径设置（单位微米）弯曲半径为10mm的石英光纤弯曲半径为10mm的石英光纤弯曲半径为10mm的石英光纤石英光纤应力系数采用相关函数法计算弯曲半径为20mm弯曲半径为5mm6 模场直径计算例：获得通道型波导的模场直径（面积）监视器设置为监视其模场的宽度和高度（对于正方形通道波导以及圆波导，两者结果相同，设置监视模场的宽度或高度即可）直接进行计算，不出现监视结果（原因是监视器缺省范围是0-1）。
一些常用的光学软件介绍
一些常用光学设计软件及其应用方向介绍【①】LensVIEW 2003、1-ISO 1CD(世界著名的光学设计数据库) 【②】LensVIEW 2001-ISO 1CD(世界著名的光学设计数据库) Focus、Software产品:Zemax v2003-1-6 with manuals & tutorial(专业光学CAD软件,解密,好用的版本)Zemax 用的中国玻璃库Zemax使用说明书(总计526页)Focus Floor Covering Software 2、0cOptical Research Associates产品:Code V 9、5(世界上应用的最广泛的光学设计与分析软件)Code V 英文使用手册(总计112MBREAULT产品:ASAP v8、0-ISO 1CD(光学分析设计软件合集完全版,包括用户手册、使用实例,解密完全)ASAP 正版光源库9CDASAP v8、0中文入门指南ReflectorCAD 1、5(中文汉化,ASAP的配套软件,专门用于车灯灯罩设计) Lighting、Technologies产品:PhotoPIA v2、0(快速且精确的光度分析程序)LAS-CAD GmbH产品:LASCAD 3、02(德国LAS-CAD GmbH所开发之固态激光仿真设计分析软件,它就是世界上第一套可分析固态激光中光与热特性的多重物理交互作用效应的软件,LASCAD可用来设计传统的气态(Gas)激光,闪光灯(Flash Lamp)激发式固态激光(SSL)与二极管激发式固态激光(DPSSL-Diode Pumped Solid State Laser)RSoft, Inc产品:BeamPROP、v5、1、9、vs、ullwave、v3、0、9、BandSOLVE、v1、3、4、DiffractMOD、1、0、1、GratingMOD、v1、1、3 BeamPROP、v5、1、9、vs集成光导器件的设计及模拟的软件,用类似CAD的界面进行设计,器件的输出能对不同输入光信号进行模拟Fullwave:对复杂光器件进行时域限差模拟,能得到准确的答案BandSolve:光晶体元件的设计及模拟GraingMOD:能设计任意基于集成光导的光栅与滤波器并能根据输入光普推导出光栅的设计Optiwave产品:OptiFDTD 5、0(时域光子学仿真软件,用来模拟先进的被动元件与非线性光电元件)OptiBPM v6、0(用于设计及解决不同的积体及光纤导波问题,光束传播法,或称为BPM就是OptiBPM的核心,而其就是一种一步接着一步来模拟光通过任何波导物质的行为,BPM可以允许观察任一点被模拟出的光场分布,而且可以容许同时检查辐射光及被传播的光场) OptiSystem 3、0(光通信系统模拟软件,可以设计、测试,与最佳化几乎任何一种在光网路系统的宽谱中的物理层次光连结)TracePro 3、2、2专家版-ISO 1CD(光学机构仿真软件,普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真)Agi32、v1、61、50(最新照明设计软件)Apollo、Photonic、Suite、v2、2、WinALL(光子学设计软件,可用于光材料、器件、波导与光路等的设计)DynaLS v2、0(粒子及光谱分析软件)PVSOL N 2、5(光电系统)Rayfront 1、04(灯具设计开发包)Radiant ProMetric v8、1、32(就是一款基于Windows的CCD影像光度与色度测量系统)SigView v1、9、0、1(实时光谱分析软件)Glastik、Professional、v1、0、79(玻璃厚度演算的有限元软件) TracePro 3、2、4 Update onlyTracePro 3、0 用户手册扫描书334MB(扫面效果一般) 1CD TracePro source、光源灯泡库Radiant Prometric 8、1、19(光学测量工业工具)Radiant Prometric Imaging v8、0(CCD亮度、颜色测试、测量与制造QC/QA系统软件)Lighttools V4、0(基于三维立体模型的照明与光学设计软件,可用于模拟照明系统)LucidShape v1、2(光学设计仿真分析)LucidShape 中文学习资料OSLO Light 6、2-ISO 1CD(光学软件,带中文说明书)RSoft LinkSIM v3、4a(光学通讯模拟软件包。
Rsoft教程
FullWAVE ：时域有限差分法全波仿真模块
利用时域有限差分法 (FDTD, Finite-Difference Time-Domain)， 根据器件模型的边界条件，严 格求解Maxwell方程组。主要 适用于电磁场的时域分析。
讲解案例
Y分支波导 MZI（Mach-Zehnder interferometer ）及其调制器 微环谐振
微环的画图方法
微环谐振
黄色圆域设为背景 折射率，优先级 （merge priority） 设为1
微环谐振
红色圆域设为波导 折射率，优先级 （merge priority） 设为0
微环谐振
光路设置
微环谐振
添加时间监视器， 并设置相关参数
微环谐振
设置网格尺寸及时 间步长并进行仿真
微环谐振
结果
谢谢！
BeamPROP ：波束包络波导仿真模块
光波在波导中的电场沿传播方 向的变化情况E(r)，可以表述为：
E(r) = E1e
-jkr
适用于光场空间分布研究
当波导中波矢K变化很小，且为 已知量时，可采用BeamPROP模 块进行波导仿真（仿真的内部 工作是求解E1，使得E(r)是满足 边界条件的解）。
Y分支波导
添加光路2，并设 置监视器
Y分支波导
设置光源
Y分支波导
运行仿真
Y分支波导
仿真结果
MZI
创建模型
MZI
设计几何模型
MZI
运行仿真
MZI
添加电极
2
1
MZI
添加电极
MZI
参数扫描仿真电光调制
MZI
ON
OFF
不同电压下输出光强
rsoft使用手册
rsoft使用手册欢迎使用rsoft! rsoft是一款功能强大的软件，旨在提供高效、稳定的计算与模拟环境。
本使用手册将为您介绍rsoft的基本操作和常用功能，帮助您快速上手和利用其优势进行工作。
1. 安装与启动首先，确保您已从官方网站下载最新版的rsoft安装程序。
双击安装程序并按照提示完成安装过程。
安装完成后，您可以在开始菜单中找到rsoft图标，单击启动程序。
2. 界面概览当您成功启动rsoft后，将会看到主界面。
主界面由多个工具栏和面板组成，以帮助您进行各种操作和查看结果。
以下是主要的界面组件：- 菜单栏：包含各种操作命令和设置选项。
- 工具栏：提供常用的操作按钮，方便您快速访问功能。
- 绘图窗口：用于显示图形结果和仿真器的输出。
- 数据面板：显示当前数据的信息和参数设置。
- 日志窗口：记录程序的运行信息和警告/错误消息。
3. 创建和编辑工程在rsoft中，您可以创建新的工程或者打开已有的工程。
要创建新的工程，请依次选择菜单中的“文件”->“新建工程”，然后根据提示输入工程的名称和相关参数。
如果要打开已有工程，选择“文件”->“打开工程”，然后导航到工程所在的目录并选择相应的文件。
4. 添加组件与设置参数一旦您创建或打开了工程，您就可以开始添加组件并设置参数了。
rsoft提供了各种组件库，如光纤、光波导、滤波器等。
您可以从库中拖放组件到绘图窗口中，并通过双击打开组件设置面板来调整参数。
5. 运行仿真完成组件的添加和参数设置后，您可以点击工具栏上的“运行”按钮来启动仿真。
rsoft将根据您设置的参数进行计算，并在绘图窗口中显示结果。
您可以选择不同的仿真器和算法来优化计算速度和效果。
6. 分析结果仿真完成后，您可以通过绘图窗口和数据面板来分析结果。
绘图窗口可以显示光场分布、功率传输等信息，而数据面板则提供了更详细的参数和模拟数据。
您可以使用图形工具进行数据的处理和导出，以满足不同的需求。
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目录Rsoft简介 (3)Chapter 7 Tutorials 第七章教程 (5)Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器 (5)Device Layout: 器件结构： (5)Defining Variables 定义变量 (6)Drawing the Structure 画器件结构图 (6)Checking the Index Profile 核对折射率分布 (9)Adding Time Monitors 添加时间监视（探测）器 (10)Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发 (12)Launch Field 激发场 (12)Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱 (12)Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率 (14)Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发 (16)Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格 (17)Lattice layout 晶格布局 (17)Base Lattice Generation 基准晶格的创建 (17)Lattice Customization 定制晶格 (18)Checking the Index Profile 核对折射率分布 (18)Inserting Time Monitors 插入时间监视器 (19)Launch Set Up 激发场设置 (20)Simulation 模拟 (21)Data Analysis 数据分析 (22)Switching Polarization 改变偏振为TM模 (23)Periodic Boundary Condition Set Up (24)Tutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure 教程 3：PBG晶体： T型结构错误！未定义书签。
Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode 教程四：PBG 晶体：缺陷模型错误！未定义书签。
Rsoft简介包括BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD、DiffractMOD、FemSIM, 以及MOST软件。
以下是Rsoft各个模块的介绍：BeamPROP ：是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件，专用于设计集成光学波导元件和光路。
此软件使用先进的有限差分光束传播法 (finite-difference beam propagation method)来模拟分析光学器件。
用户界面友好，分析和设计光学器件轻松方便。
其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统，且可控制相关的模拟参数，如：数值参数、输入场以及各种显示、分析功能选项。
另一功能为模拟程序，它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作，以图形方式显示域的特性以及用户感兴趣的各种数值特性。
FullWAVE：是一高度整合之复杂光子组件仿真设计分析软件，它使用－有限差分时域之模拟分析方法，藉以分析一般光束传播法所无法建立模型分析的光子组件，例如光晶体与环状共振器等。
因此，RSoft公司所开发的 BeamPROP 与 FullWAVE 软体，两者实际上是具有互补之作用。
其主控程序为 BeamPROP 之 CAD Layout 系统，用来设计光波导组件及光路，亦即 BeamPROP 与 FullWAVE 共享同一个 CAD Layout 程序。
BandSOLVE：是目前世界上唯一一套商用的光子晶体能带结构模拟分析设计软件。
集成了CAD和仿真功能，可以对所有光子晶体部件的能带结构进行自动的计算,包括:二维或三维的光子晶片和波导，二维或三维的腔体结构问题以及光子晶体光纤。
GratingMOD：用以设计并分析在光纤/波导光栅元件之应用软件。
体。
其对于发展WDM与DWDM特别有助益。
它适合用来分析已知光栅结构(Design)，亦可藉由量测或已它适合用来分析已知光栅结构(Design)，亦可藉由量测或已知频谱－决定该光栅之特性(Synthesis)。
知频谱－决定该光栅之特性(Synthesis)。
GratingMOD 可以设计分析任何波导横向结构(Transverse GratingMOD可以设计分析任何波导横向结构(Transverse Profile)，因为它使用BeamPROP 的CAD 绘图界面设计光栅结构，并采用正交藕合模态理论(OrthogonalProfile)，因为它使用BeamPROP的CAD绘图界面设计光栅结构，并采用正交藕合模(Orthogonal Coupled-Mode Theory) 与转移矩阵法(Transfer Matrix Method)有效地分析光栅特性。
Coupled-Mode Theory)与转移矩阵法(Transfer Matrix Method)有效地分析光栅特性。
GratingMOD GratingMOD 可定义周期性纵向微扰(Periodic Longitudinal Perturbation)以产生纵向光栅结构。
可定义周期性纵向微扰(Periodic Longitudinal Perturbation)以产生纵向光栅结构。
其使得GratingMOD 其使得GratingMOD适用於2D/3D 的模拟，且运算速度较Bi-Directional BPM 更快速。
适用于2D/3D的模拟，且运算速度较Bi-Directional BPM更快速。
DiffractMOD：适用于绕射光学结构-例如:绕射光学元件、次波长周期性结构、光子能隙晶体的模拟设计软体。
元件、亚波长周期性结构、光子能隙晶体的模拟设计软体。
DiffractMOD运用包含快速傅立叶分解(fast Fourier factorization)与泛用传输线公式(generalized transmission line formulation) -的严格藕合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis - RCWA)技波分析(Rigorous洲Coupled Wave Analysis -RCWA)技巧。
它可以精确有效地模拟- 具有任意网格结构它可以精确有效地模拟-具有任意网格结构与基本单元折射率剖面的2D/3D 结构，并能分析介电(dielectric)、色散(dispersive)与耗损(lossy) 等与基本单元折射率剖面的2D/3D结构，并能分析介电(dielectric)、色散(dispersive)与耗损(lossy)等材料结构。
材料结构。
再者, 使用者可弹性控制入射方向(incident direction) 与照度极化(polarization of再者,使用者可弹性控制入射方向(incident direction)与照度极化(polarization of illumination) 以完成模拟。
illumination)以完成模拟。
DiffractMOD与其他RSoft所开发-BeamPROP 、 FullWAVE 、 BandSOLVE 、 GratingMOD等元件模拟软体共用CAD 布局界面。
软体共用CAD布局界面。
此CAD界面提供任意轮廓的精确定义与全参数化的设计模型环境。
DiffractMOD中的绕射结构布局,可直接选用FullWAVE (FDTD)进行时域响应(time-domain response)模拟，或选用BandSOLVE (PWE)进行能带结构分析(band structure analysis) 。
FemSIM：运用有限元素法(FEM- Finite Element Method)的泛用光子元件解模器(mode solver)，透过非均匀网格(non-uniform mesh)可用来计算任意元件中的任何横切(transverse)与腔体(cavity)模态纪录。
应用：可分析任何形状的元件-包含弯曲与罕见的形状。
高度混合型元件-具高折射率对比(high index contrast)与small feature sizes的元件结构。
耗损结构(Lossy structures) 。
硅晶元件(例如:绝缘层上硅晶- SOIs- Silicon on Insulator)。
极化旋转器(Polarization rotators)。
空心或实心光晶光纤(Air or solid core photonic fibers)。
雷射与光能隙晶体之缺陷与腔体(Laser and PBG defect cavities)。
MOST：用以优化设计分析光电元件之软体模组。
以优化设计分析光电元件之软体模组。
初阶的光子模型建立基本上牵涉到模拟，借以探究问题的相关物理特性;对於元件制造的设计周期而言，了解系统完整的参数空间便显得不可或缺。
性;对于元件制造的设计周期而言，了解系统完整的参数空间便显得不可或缺。
这可能牵涉到对合适范围参数空间的系统搜寻与多重维度的自动优化。
空间的系统搜寻与多重维度的自动优化。
做为RSoft光子元件模拟软体的自动优化模组，MOST可简化参数扫描与优化的定义、计算及分析。
扫描与优化的定义、计算及分析。
Chapter 7 Tutorials 第七章教程所有的教程都在Rsoft安装目录 (EXAMPLES\FULLWAVE\TUTORIA) 下可以找到原型实例。
Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器本部分讨论环形共振器的创建与分析。
环形共振器是一种应用广泛的高Q值波长滤波器。
首先介绍器件的布局与设置，然后讨论脉冲分析（a pulse analysis）。
脉冲计算（pulsed calculation）可以产生一个光谱响应，让分析器件的光谱特性，从而可以回避在连续模式下（CW）对整个波长的参数扫描，节省分析时间，提高分析效率。
最后，我们对器件的某一共振波长进行连续模拟（CW simulation）。
Device Layout: 器件结构：我们接下来要模拟的环形共振器为宽为 0.2 µm 、折射率为3的波导，其共振波长约为2 µm。
步骤：1、打开RSoft CAD-Layout：2、点击创建新结构按钮（New Circuit icon）3、设置如下参数（见下图）：Free Space Wavelength： 2； Waveguide Width ：0.2；Background Index：1；Index Difference ： 2Defining Variables 定义变量单击Edit Symbols 按钮Gap = 0.2 L = 0.5 R = 1.7 R1 = R-width/2 R2 = R+width/2.Drawing the Structure 画器件结构图我们将作圆形的波导（环）：首先画个圆盘，然后在其中间挖个洞。