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 Technology

Letters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-mode

optical waveguide. Applied Physics B 2018, 124(5): 88.

⏹ 2. Design of mode conversion waveguides based on adiabatical

mode evolution for mode division multiplexing. Applied Physics

B 2017, 123(10): 256.

⏹ 3. Design and optimization of fundamental mode filters based on

long-period fiber gratings.Opt. Fiber Technol.,2016, 30,89-94.

⏹ 4. Mode-Selective Characteristics of an Optical Fiber With a

High-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。

光束传播法

⏹目前光波导器件研究与设计领域最流行的方法之一，其基本思想是在给定初始场的前提下，一步一步地计算出各个传播截面上的场。

⏹光束传播法最早是由M.D.Feit等人于1978年研究光场及大气激光束传播时提出的。最早的BPM是以快速傅里叶变换为基础的，称为FFT-BPM。

⏹D.Yevick等人于1989年提出了一种新方法—有限差分光束传播法FD-BPM，用差分的方法将横截面上的场离散化。

⏹FD-BPM被广泛用于分析各种无源波导器件、具有二阶非线性效应的波导以及有源器件。

3. 学习重点

⏹学习使用Rsoft软件的基本使用方法；

⏹掌握学习专业软件的方法；

⏹学习将已有专业知识应用于波导设计的方法和技巧；

4 学习特点及注意事项

⏹入手简单、精通较难

⏹理论与实践相结合

⏹注重结果分析

⏹理解软件

5 课程基本要求

平时成绩占：30%（考勤+作业），考试成绩：70%（上机）

6 主讲内容

第一章绪论

⏹软件介绍、演示、相关知识

第二章常用CAD操作

⏹波导绘制及操作

第三章基本操作

⏹波导参数设置

第四章BPM基础

⏹BPM基本原理、初始场、监视器设置、模式求解第五章实例操作（重点部分）

第六章光纤光栅模拟

第七章时域有限差分法

7 RSOFT 软件综述

⏹美国RSOFT设计集团公司是一家世界著名的光通信模拟设计和仿真软件开发商。

⏹世界上有近千家光通信生产企业、科研院所在使用RSOFT的软件从事设计和规划工作。

⏹其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD的设计系统，且可控制相关的模拟参数。

⏹另一程序为模拟程序，它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作，以图形方式显示场的特性以及用户感兴趣的各种数值特性。

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一. CAD系统的功能和特点

⏹1 变量表的设置给设计带来了很大的灵活性。

⏹2 用户可编程功能适应于快速的参数变化。

⏹3 2D结构包括：线性的、锥形的、曲线的、Y 形分支波导、透镜和多边形

⏹4 3D结构包括：光纤、通道(矩形)、扩散、脊型、多层波导、用户自定义形式

⏹5 用户可以自定义：波导两端的位置、宽度、高度和沿传播轴方向的折射率

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⏹6 每个部件都有它自己的属性设置，通过点击鼠标右键可以得到相应的对话框。参数包括形状信息（锥形的，弯曲的，及其数值）、光学特性（折射率类型和数值）。这种基于目标（面向对象）的输入模式非常自然和灵活。

⏹7 波导部件的每个参数（如：位置坐标、宽度、折射率）能由算术表达式指定，包括用户自定义变量，或者是一个常数。

⏹8 当制图和设计完成时，波导光路输出，作为掩模的模版。

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