BPM算法的案例
利用RSoft的BPM算法對光波導和簡單光波導器件進行仿真 ￥15
其中包含了BPM,FDTD,FEM等多種算法，使得它能夠適用于各種不同要求場合。本課程主要使用RSoft算法集中的BPM算法對光波導和簡單光波導器件進行仿真計算，從而對光在波導中的傳輸有一定得了解。
一、軟件CAD界面：
下載網站上的壓縮包，解壓縮后運行C:\Program Files\RSoft\bin文件夾中的bcadw32.exe，即出現如下圖所示的CAD界面。此界面是定義波導結構和下一步計算的前提。
二、單根波導的仿真：
在軟件中，點擊左上角的”New Circuit”按鈕，如圖所示。
點擊后彈出基本設置對話框，波導的一些基本特性參數需要在此設定。我們模擬目前光通信系統中應用最為廣泛的掩埋型二氧化硅波導（channel型）。波導橫截面的尺寸結構為6um*6um，芯層折射率為1.465，包層折射率為1.455（包層和芯層的折射率差為0.01），通信波長為1.55um。基本參數的設定如下圖所示（注意，軟件中關于長度的單位均為um）：
設置完畢后點擊”OK”，進入CAD界面。
首先畫一根直波導。點擊”Segment mode” （新建文件時默認就是此模式），如上圖紅圈所示。之后在空白的CAD窗口中某一處單擊鼠標左鍵，在任意另一處再單擊左鍵，即可畫出一條波導，如下圖所示。
到目前為止，畫出的波導是任意的，我們還需要對它進行設置，滿足我們設計的要求。將鼠標移動至波導上（紅色區域上），再單擊鼠標右鍵，會彈出波導的設置菜單。由于我們只需要仿真普通的直波導，所以大部分設置保持默認即可。主要需要調整波導的位置。在RSoft軟件中，波導位置是由首尾兩個坐標確定的，并且BPM計算的光是只沿著z軸傳播（即豎直方向），這個是需要特別注意的。具體設置見下圖。
展開 光通信設計軟件——OptiBPM 光波導設計軟件
2D BPM
2D BPM模擬器基于Crank-Nicolson的無條件穩定有限差分方法算法。您可以根據設計自定義以下程序選項：
· 在TE和TM偏振之間進行選擇的算法
· 基于Padé近似，Padé（1,1）和Padé（2,2）到Padé（4,4）的廣角傳播
· 將光場選擇作為波導模式，高斯場，矩形場或用戶自定義場
· 起始場可以有一定的角度
· 參考折射率可以選擇為模態、平均或用戶定義
· 簡單或完全透明邊界條件（TBC）
3D BPM
全3D模擬器基于：
· 交替方向隱式（ADI）方案
· 標量算法
· 在準TE偏振和準TM偏振之間可選擇半矢量算法
· 控制兩個橫向場分量的全矢量算法
自動掃描參數
設計人員的目標是實現最佳的器件性能。要找到最佳條件，通常需要使用不同的設計參數重復模擬。OptiBPM使您能夠執行稱為參數掃描計算的自動循環計算。軟件按順序命名數據文件并保存。
模式求解器
在OptiBPM中，模式求解器與2D和3D BPM算法兼容。求解器采用不同的方法：
· 多層平面結構二維傳遞矩陣法（TMM）
· 3D中的交替方向隱式（ADI）方法
· 2D和3D中的相關函數法（CFM）
平面結構的程序基于在層之間的介電界面處解決多個邊界條件。在傳播用戶定義的光場期間，CFM計算輸入場和每個點處的傳播場之間的相關積分。這產生了波導的場振幅相關函數。相關函數提供了場的完整模態描述所需的所有信息，包括：
· 傳播常數
· 每個模式的權重
· 模式特征函數
ADI方法將X和Y導數分成一個迭代步驟的兩部分。因其快速收斂，故該方法優于其他有限差分技術。ADI方法還提供所有傳播常數和模式本征函數。
自動掃描參數
設計人員的目標是實現最佳的器件性能。要找到最佳條件，通常需要使用不同的設計參數重復模擬。
展開 ASAP光學設計軟件
ASAP基本功能
提供幾何光學追跡的算法和物理光學相干高斯光束傳輸算法、BPM算法，因此可以在一個平臺中同時進行幾何光學和物理光學模擬仿真，更可以模擬由于衍射帶來的雜散光。
ASAP建模：
ASAP 為用戶提供了多種建模方式選擇。可以讀入在其他 3D 建模軟件里制作的模型（如 CATIA，SolidWorks，Rhino 等）可以實現無縫轉換。
操作方式多樣化：
ASAP 使用參數化的物理模型來控制光與光學表面發生作用時的表現。用戶可方便地觀察光線進行反射，透射，折射，散射，衍射，雙折射和偏振等現象。使用方便，操作簡單，便于修改。使用 Script 進行編程，是 ASAP 區別于其他軟件的一個重要特點。這種靈活自由的方式，為客戶在模擬仿真工作中提供了極大的自由度，尤其是對于高端用戶如研究所，不會受限于模塊化的界面，確保可以將復雜的光學系統，光學現象進行模擬。
ASAP各種庫：
光源庫：用戶可免費使用 ASAP 帶有的精準燈源庫，包括 LED，CCFL 等。用戶可以方便地調用燈源庫內的燈具，也可使用自己擁有的光型文件，在 ASAP里面做成光源。
散射模型庫：ASAP 區別于其他軟件的另一大優勢在于強大的散射光學分析能力。系統中光學表面的散射特性會影響照明結果。尤其是對于高端的設計，必須充分考慮光學表面的散射特性。在過去的三十多年中，ASAP 在這方面積累了豐富的經驗。在 ASAP 內建有散射模型庫。用戶可以方便地調用。如果用戶使用的散射模型（如 Diffuser）不在 ASAP 資源庫里，也可用測得的數據在 ASAP 里很容易地建立起該 Diffuser 模型。可以通過預定的散射模型建立各種各樣的實際的散射數據，并可以進行組合。支持從 BSDF 散射測量儀的數據導入。
展開 