【Rsoft】Rsoft中文教程软件资料

1、【Rsoft】Rsoft中文教程软件资料 第一章 绪论1. 学习内容基于光束传播法 ,用于光 波导 器件设 计和分析的一个软件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。江 苏 大 学 陈 明阳光束传播法Beam Propagation Method ,简写BPM光束传播法是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/.t 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F

2、ast-Fourier Transform ,称FFT 为数学手段实现的,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 还被广泛用于分析光在各种无源波导器件、具有二阶非线性效应的波导以及有源器件的传输。江 苏 大 学 陈 明阳3. 学习重点学习使用本软件;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;江 苏 大 学 陈 明阳4 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江 苏 大 学 陈 明阳5 RSOFT 软件综述美国RSOFT 设计集团公

3、司是一家世 界著名 的光通信模拟设计和仿真软件开 发商, 也是 世界上 唯一一家提供一系列涵盖器件、 系统到 网络层 模拟设 计软件服务的公司,产品广 泛应用 于光器 件、光 通信系统、宽带网中的城域 网、长 距离传 输设备 以及接入设备的设计与开发 上。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。RSOFT设计集团在软件的开发与 销售上 都取得 了令人 瞩目的成功, 创下了多 项 世界第 一。江 苏 大 学 陈 明阳7 Rsoft 无源器件设计套装BeamPROP :基于光束传播法的光波导设 计软件FullWAVE :基于时域有限差分法的光波

4、导设计软件BandSOLVE :光子晶体分 析设计 软件DiffractMOD : 衍射光学结构器件分析设计 软件GratingMOD : 光栅分析设计软件LaserMOD :LaserMOD 是用于仿真半导体激光器性能的模拟分析软件江 苏 大 学 陈 明阳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 软件由美 国RSOFT 公 司出 品,1994 年投 入 市 场 ,被大学 及产业公 司的 开发设计 人 员广泛使用。此 软 件 使 用先进的 有限差分光束 传播法 finite-differ

5、ence beam propagation method, FD-BPM 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。江 苏 大 学 陈 明阳? 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,如:数值参数、输入场以及各种显示、分析功能选项。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。江 苏 大 学 陈 明阳一. CAD系统的功能特点: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

6、 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江 苏 大 学 陈 明阳? 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。江 苏

7、大 学 陈 明阳二. BeamPROP的特点:1 在 全 三 维 快速计算 中使用的 是ADI (alternating direction implicit ) 算法。2 采 用 透 明 的 边界条件 。3 通过多级的PADE 技 术 进 行 宽 角度传播 。4 边 界 配 置 进 行动态选择5 计 算 模 式 的 传播常数 和 场6 自 动 的 远 场 计算7 综 合 计 算 因 电极或热效 应产生的折 射率扰动 。8 用 于 分 析 的 用户自定 义 的光路径 和 监视器9 集 成 的 、 实 时的分析和 图形显示10 多 种 参 数 缺省值的智能 选择11 用 于 优 化 设计的自 动

8、参 数扫描江 苏 大 学 陈 明阳2 FullWAVE是一个高度集成的应用于复杂的光电元件模拟设计分析软件。它使用有限时域差分分析法(finite-difference time-domain, FDTD)分析一般光束传播法和其他软件包所无法建模分析的光电元件,例如:光子带隙、环状共振器等。主控程序是BeamPROP 的完整的CAD 绘图系统, 用来设计光波导元件和光路。江 苏 大 学 陈 明阳功能及特点1. 可 画 任 意 晶 体结构设 计 的绘图工 具2. 任 意 的 段 定位使结 构 绘图非常 灵 活3. 使用BeamPROP 的CAD 界 面 : 特 别 为设计 光路 设 计 的 完整

9、、用 户界面友 好的CAD系统4. 为灵 活设计采取自然 的、基于目 标的输 入模式:用 户 可 编 程的快速 参数变更5. 二维 波导结构: 直线 型的、锥 型 的、曲 线型的、Y 型 分 枝 的、 透镜、多边形 的6. 三 维 波 导 结构 : 光 纤 、 通 道 、扩散形的 、脊形的 , 多 层 波导和用 户自定义 波导 结构7. 用 户 自 定 义的锥形波 的位置、宽 度、高度和 沿传 播 轴 方 向的折射 率江 苏 大 学 陈 明阳? 8. 用 户 自 定 义 折射率特性 ,转换为传 播轴方向的折射率9. 为 生 成 掩 模 的多层波 导 绘图10. 自 动 生 成 掩 模文件,格

10、式有:Auto CAD 的DXF格式、GDS- 的CAD格式11 基 本 的 波 导元件象直线 的、锥形的 、Y 形 分岔的 波 导 切 片容易在 工具栏中 选择 ,用鼠标 即 将其填 加 到 绘 图当中。12 位 置 坐 标 也可直接 设定 :设定绝 对 坐标值或通 过 设 定 与任何其 他光波导 器件 的位移和 角 度。13 任 何 时 候 ,一个或几个 组件可能被 选择、移动 、 比 例 放大或缩 小、删除 或重 新插入。 我 们独特 的 设 计 方法来自 于一个非常灵 活的系统, 在这里 任 何 合 理的愿望 都可以实 现, 如:后置 、 空间变化等。江 苏 大 学 陈 明阳? 14

11、每个部件的属性都可以通过点击鼠标的右键来获得,参数包括形状信息如是锥形还 是 曲 线 的 , 其类 型 和 大 小 ; 光特 性 信 息 ,诸如折射率类型和数值。这种基于目标设计的输入模式非常自然和灵活。每一个波导 组 成 部 分 的 参数 ( 如 : 位 置 坐标 、 宽 度 、折射率)能由用户指定的算术表达式来定义,甚至可以是一个常数。15 当图层布局和设计完成时波导回路能运行AutoCAD 文件和GDS-IICAD文件格式输出,以生成掩模模版。江 苏 大 学 陈 明阳时域有限差分法特点FullWAVE 使用有限差分时域分析方法(FDTD)对任何光子部件严格解麦克斯韦方程,具有二维和三维模

12、拟算法;PML边界条件 采用PML边界条件算法,提高计算效率;可以计算色散、非线性材料中的传光江 苏 大 学 陈 明阳(3 )BandSOLVEBandSOLVE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。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体和波导,二维或三维的腔体结构问题以及光子晶体光纤。江 苏 大 学 陈 明阳功能特点任意结构的能带图平面的或三维的光子晶体组件的能隙设计及设计优化腔体结构/ 缺陷结构常规的和有缺陷的光子晶体光纤设计模式场的计算与显示江 苏 大 学 陈 明阳4DiffractMOD是 一 个 综 合型设计 工具软件 。它

13、应 用 于 衍射光学 结构领域 ,如 衍射光学 元 件、亚 光 波 周 期性结构 及光子晶体。 这一软件严 格建立在 耦 合 波分析技 术 上;任 意 栅 格 结构和单 晶格折射 率特 征结构的3D 和2D的 图 像 都 可以精确 且清晰地显示 出来。除 了 非 传 导性物质 ,弥散的、有 损耗的物质 结构可 以 使 用 外,它在 金属系统 也可 以得到应 用 。江 苏 大 学 陈 明阳应用? 1. 弥散光学元件2. 表 面 光 刻 和 大折射率 光 栅3. 波长滤波器4. 纳米平面印刷5. 偏振敏感仪器6. 人造绝缘镀膜7. 光致电压系统8. 三维显示9. 激光空间通信10. 光数据存储11

14、. 光谱学江 苏 大 学 陈 明阳? 12. 微透阵列13. 光 束 分 裂 , 整合,修 整江 苏 大 学 陈 明阳5GratingMOD是一种分析和综合处理在光纤和集成光波导线路中复杂的光栅特性的设计工具。快速算法能处理任意光栅的二维或三维光波导特性, 这使得GratingMOD成为Rsoft公司软件库的一个有效的补充。江 苏 大 学 陈 明阳分析对象色散补偿复用/ 解 复用上传/ 下 载滤波器光 放 大 器 中的增益 平坦滤波 器波长转换器锥 形 波 导 光栅光 栅 助 耦 合器多 段 光 栅 回路带 相 位 偏 移的光栅表 面 凹 凸 与大折射 率光栅江 苏 大 学 陈 明阳6 LaserMOD是用于仿真半导体激光器性能的模拟分析软件。此软件以伊利诺斯大学所开发的著名的Minilas-II 算法为基础。LaserMOD通过CAD制图和使用量化器件几何结构的全耦合数值法则,求解光载波传输,光学特性与载流子-光子之间的交互作用。江 苏 大 学 陈 明阳? 模式求解江 苏 大