波导光学模块化软件系统

OptiBPM 5.0
波导光学模块化软件系统
OptiBPM是什么?
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> OptiBPM有什么新功能?
OptiBPM是什么?
OptiBPM是一套功能强大、使用者接口友善且可利用计算机辅助设计的设计仿真软件，并可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 是OptiBPM的核心，而其是一种一步接着一步来仿真光通过任何波导物质的行为。

在积体及光纤光学中，当光传播经过一可传导的结构时，其光场可以在任一点被追踪出来。

BPM可以允许观察任一点被仿真出的光场分布，而且可以容许同时检查辐射光及被传播的光场。

光学波导是光组件中的重要组件，它可以在光讯号中扮演传导、耦合、开关、分光、多任务及解多任务的角色。

被动波导、电光组件、发射器、接收器及电子部分装置被整合于一个芯片上，使用的技术为平面技术，其就好象微电子的技术。

虽然波导组件的操作现今已有相当程度的研究及了解，但一些特别的结果跟一些参数有相当密切的关系，包括了几何外形、波长、初始光场分布、材质及电光操作的条件等，而我们可以在制造之前找出这些参数的最佳值。

当我们有了一个大规模的光电回路时，在制造一块芯片需要很多的资源，所以在此时拥有一个正确的模型是相当必要的。

当我们在设计光波导时，我们需要依赖仿真光信号的传播、波导模态、模态耦合、损失及增益。

OptiBPM是一套使用者接口非常友善的软件，它可以在二维及三维旳波导组件上仿真光的传播。

三维当中的横向维度定义为X方向。

第二个维度，也就是传播的维度定义为Z方向对于三维的仿真，第三个维度是Y方向，定义为深度。

被仿真组件在横向维度有一类似步阶的等效折射率分布，而且OptiBPM三维仿真提供了任何所需要的步阶折射率的波导设计。

优点
光组件的效能跟尺寸、外型及相对位置有很直接的关系，然而一次又一次的量测不同几何外形的结果来做最佳化，其成本是相当高的。

而OptiBPM可以利用仿真实际的实验来减少量测所需的周期。

由于如此，所以OptiBPM可以做到: • 大量减少投资风险及市场评估的时间
• 可以快速及低成本地制造原型品
• 计算组件效能的灵敏度以期制造的错误
• 开发最先进的仿真技术
• 提供设计及仿真结果的数据库
运用范围
OptiBPM是理想化地设计及仿真光波导，光波导必须被整合于基板上或可以为光纤波导，积体波导可以为信道波导、柱状波导、埋藏波导或者是经由扩散制程含有渐变折射率的波导。

这些波导模型可以被使用于设计像具有分光器、合光器、耦合器、调变器及多任务器等功能之组件。

有了OptiBPM，你可以做波导的模型及规划具有上述功能的波导。

OptiBPM有什么新功能?
可积体化之环境
OptiBPM的新积体化环境允许信道、光纤及扩散式波导混合于单一设计布局，一个简单的选单可允许选择二维及三维之仿真，且新的入射光源平面可随意定义开始入射点在传播上的任一位置
功能强大的Visual Basic Scripting
Visual Basic Scripting这个功能提供了在OptiBPM中高阶的控制，它可以不需要使用者参与而可自动执行冗长的仿真，而且一些大且复杂的设计可以用很少的指令完成。

而Scripting这个工具是被整合在使用者接口里，所以可以很方便地从布局设计转成script。

波导几何外型处理及操作之改善
波导之位置及所有其它的波导特性可以利用方程式的方式来控制，这意味着现在OptiBPM的波导设计可完全地参数化，另外，波导的方向角并没有任何限制。

此波导的简介说明了此波导可以很容易地去维持波导与波导间固定的位置关系，且当波导旋转时，一样可维持原来的外形。

在前一个版本中，波导的尾端是陡峭的，所以波导都会垂直于传播轴。

在新的几何外形中，为了容易波导与波导间的连接，所以弧形波导会自动沿切线方向急断以便连接。

另外还增加了一些新的波导形状，包括了椭圆、拋物锥形、环形及S形弯曲余弦锥形波导。

波导外形及材质的一般数据库(BPMScreenShots/UserDefMat1.bmp)
外形描述了波导的横截面，所有的外形及材质现在已可被Profile Designer这个模块管理及维护。

布局设计之注释
每一个布局设计可以利用文字注释来呈现，且此功能可以帮助我们追踪垷在正进行什么仿真。

输出资料有了更好的控制
仿真后的输出资料现在组织在一个数据库里，且资料可以输出成ASCII档案，但是输出档案的格式已有了改变，以便于输入进Microsoft Excel。

WDM_Phasar模块
光波长多任务在光电科技中是一个关键的要素，其开创了光通讯产业的新的纪元，光波长多任务技术在研发的主要部份中，是着重于发现建立于光相位数组或PHASAR基础上的组件。

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OptiBPM 6.0 Version的新增功能
以下是在OptiBPM 6.0所新增加之功能:
• 非均向性材料设定(Anisotropic material modeling)
• 使用者自定波导(Customizable user-defined waveguides)
• 厚度梯形波导(Waveguide tapering)
• 三维波导横向移位(Lateral offset in 3D channel waveguide profiles)
• 使用者自定材质设定(User-defined profiles)
• DW-2000输出(dw-2000 export)
• 垂直波导(y-方向)在厚度的梯形变化(Vertical waveguide thickness (y-direction) tapering) • scattering data的极坐标输出(Polar coordinates for scattering data)
非均向性材质设定
在OptiBPM 6.0中所提供的设定、仿真、模态计算、分析及组件设计目前可包含非均向性材质
使用者自定波导
目前还有一些波导形状是无法使用OptiBPM中内定的波导组件设计出来。

”自定波导”的功能就是为了补足这一个部份，此一功能允许使用者自定任意形状之波导。

而且这些自定波导的参数可以将其中心路径(path)或其波导上边界及下边界做为波导定义之标准。

在”自定波导”中的定义可使用一个以上的数学函式来进行定义，可使用文字或DLL(动态连结文件)的方式进行设定，所以这表示只要是能够以函数或变量来表示的波导都可以进行设计。

厚度梯形波导
在OptiBPM之前的波导中已可设定在外形上的梯度变化，但不能在厚度上进行”
梯”度变化，但是在OptiBPM6.0已可做度，如果是一般波导是可直接以函数变化，而光纤的话则是以比例的方式进行变化。

如果设定为比例的方式变化，则是与波导同时成比例变化但是当波导在y方向变化时，波导的中线位置还是不会有所变化。

⏹三维波导横向移位
在三维的波导设定时可设定其层与层之间的横向移位。

(可设定非对称结构)
⏹使用者自定材质设定
更有弹性的材质设定,使用者自定材质设定利用函数的方式自定折射率变化，基本上可以自定在波导中任何已知点的折射率。

在系统中的参数(如宽度、长度…等等)均可在函数中当作变量。

此一功能基本上是与在BPM4.0的Diffused Waveguides中自定函数及使用者自定DLL(动态连结文件)功能相同。

⏹DW-2000输出
DW-2000是一套类似CAD的软件，OptiBPM 6.0支持直接输出到DW-2000软件中，可帮助使用者在设计完成后更容易输出，由于此软件加入了许多在实际制程
实的考量因素，所以在实际制程上将更为方便、容易。

波导可以在厚度方向上做梯形的变化(在之前的版本中在宽度已可做梯形变化)，
在6.0中不仅在波导可做梯形的厚度变化，光纤也可做梯形的厚度的线性及等比例的变化，在3D设定时其在x-z平面上波导变化同样也可随着厚度变化，而当厚度变化时，光纤的中心点依然维持不变!
scattering data的极坐标输出
此一功能可将Scattering data以极坐标的方式输出，此一方式加强了Scattering data的效能。

此功能之主要用途为将资料汇出并使用Optiwave的软件OptiSystem进行读取。

此一方式对于进行大结构仿真时有很大的帮助。