哪种光学软体能仿真干涉或衍射条纹?

chiangshu · *发表于* 2004-4-8 01:25:00

哪种光学软体能仿真干涉或衍射条纹?
TKS!

chiangshu · *发表于* 2004-4-10 04:59:00

OPTIWAVE 公司推出的模拟软件功能强大，界面友好，操作方便，主要包括以下七大系列： (1). OptiSystem，光通信系统设计软件 OptiSystem 是一个创新的光通信系统仿真软件包，可在物理层对任何类型光学链路进行设计、测试、优化，适用于极为广泛的光学网络，从长途系统到LANs 及MANs. (2). OptiAmplifier，光纤放大器及激光器设计软件 光纤放大器及激光器设计软件OptiAmplifier 是一套可以对光纤激光器，EDFA，Raman 放大器及EDFA/Raman混合放大器进行设计和优化，功能强大的仿真软件，与OptiSystem 完全兼容. (3). OptiBPM，波导光学模拟软件系统 OptiBPM 波导光学模拟软件系统，利用光束传播方法（Beam Propagation Method），逐步地模拟光在任意导波介质中的传输特性，可解决许多集成及光纤波导难题，是世界上最著名的光波导器件设计和模拟软件之一。其中WDM_Phasar 模块是一个可对基于AWG 的光学复用\解复用器及路由器进行模拟设计的强有力工具。 (4). OptiFDTD，时域光子学仿真软件 OptiFDTD 是一种时域光子学模拟软件，它利用有限差分时域（Finite Difference Time Domain）方法，直接在时域内解Maxwell 方程，适用于高级无源及非线性光子学器件的模拟设计， 如PBG 材料及各种非线性，色散材料器件。 (5). OptiGrating，集成及光纤光栅设计软件 OptiGrating 是一款卓越的集成及纤维光学光栅设计软件，可用于设计光栅OADM，窄带/宽带光纤及波导滤波器，光纤布喇格反射器，EDFA 增益平坦滤波器，色散补偿器，光纤及波导传感器等等。 (6). OptiFiber，光纤设计软件 光纤设计模拟软件OptiFiber, 可以设计各种光纤及光纤传感器，计算光纤所支持的基模及高阶模式的特性，并且优化这些特性与光纤技术参数之间的相关性，还可以计算光纤中的双折射效应及PMD. (7). OptiHS，半导体异质结模拟软件 迄今几乎所有用于光通信系统的有源器件均采用多层ⅢV 族半导体异质结结构作为物理介质，其光学特性由电子学方法来控制。半导体异质结模拟软件HS_Design 可以对所有这类器件进行模拟和设计，其中包括半导体激光器、光电二极管、行波放大器、波长转换器、调制器，开关及路由器等等。

chiangshu · *发表于* 2004-4-10 05:01:00

OptiBPM是什么?



OptiBPM是一套功能强大、使用者介面友善且可利用电脑辅助设计的设计模拟软体，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模拟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。


光学波导是光元件中的重要元件，它可以在光讯号中扮演传导、耦合、开关、分光、多工及解多工的角色。被动波导、电光元件、发射器、接收器及电子部分装置被整合于一个晶片上，使用的技术为平面技术，其就好像微电子的技术。虽然波导元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，在制造一块晶片需要很多的资源，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，我们需要依赖模拟光信号的传播、波导模态、模态耦合、损失及增益。OptiBPM是一套使用者介面非常友善的软体，它可以在二维及三维旳波导元件上模拟光的传播。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方向对于三维的模拟，第三个维度是Y方向，定义为深度。被模拟元件在横向维度有一类似步阶的等效折射率分布，而且OptiBPM三维模拟提供了任何所需要的步阶折射率的波导设计。








优点：


光元件的效能跟尺寸、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可以利用模拟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


计算元件效能的灵敏度以期制造的错误


开发最先进的模拟技术


提供设计及模拟结果的资料库








运用范围：


OptiBPM是理想化地设计及模拟光波导，光波导必须被整合于基板上或可以为光纤波导，积体波导可以为通道波导、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、调变器及多工器等功能之元件。





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通道、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模拟，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模拟，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介面里，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他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、抛物锥形、环形及S形弯曲余弦锥形波导。





波导外形及材质的一般资料库 (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这个模组管理及维护。


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?在正进行什么模拟。


输出资料有了更好的控制


模拟后的输出资料现在组织在一个资料库里，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模组


光波长多工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，光波长多工技术在研发的主要部份中，是着重于发现建立于光相位阵列或PHASAR基础上的元件。
















































 


 











 什么是OptiGrating？


OptiGrating是一套强大且具友善使用介面的设计软体，主要针对以光栅原理设计之光学元件进行设计。目前有许多的通讯及感应(sensor)装置都是根据光栅原理所制造。如：波导光栅技术已被应用在WDM光通讯网路、雷射稳定器、温度及应力(strain)感应器。以光栅原理设计之元件可籍由光线传递(light propagation)，反射及穿透光谱，群相位延迟，群射散等项目进行分析。而我们可以更进一步根据所得到的结果来调整光栅的各项参数，而这些调整的工具则可以使用OptiGrating很轻易的完成。


OptiGrating提供了不同的选项来分析及设计标准的光纤光栅及波导光栅。使用者可以用选单的方式来设定元件参数。例如：设计一布拉格光纤光栅滤波器，其中包含了调整，光栅形状、长度、折射率变化方式(apodization)、折射率变化值(index modulation)、周期变化值(chirp)、光纤直径及折射率值。当设定好这些参数后，就可以让OptiGrating进行模拟其原理是根据耦合模型(coupled mode equations)进行运算，而耦合模型则是使用转换距阵(Transfer Matrix Method)计算。








优点：


 可降低研究的风险及产品上市所需之时间


快速、低成本的原型制作


可预估制造时的错误对元件的效能及影向之程度


最先进的模拟技巧


针对设计结果提供资料库








应用范围：


 加 / 减器，窄频及宽频之光纤或波导过滤器


布拉格光纤光栅反射器


EDFA增益平坦元件


光纤通讯射散补偿器


藉由折射率变化(apodization)进行旁带(sideband)压缩


光纤及波导感应器








主要特色


 Arbitary fiber/waveguide profile


任意之光纤/波导变化设计


Arbitrary grating profile


任意之光栅变化设计


Various calculation options in the spatial, spectral and time domains


任意之计算选项，有空间、光谱及时间区域


Multimode coupling simulation


对核心模态耦合及任意数量之核心/壳层之模态进行模拟


Sensors


设计随温度及应力变化之布拉格光栅或长周期光纤光栅感应器


Inverse Problem Solver


可藉由反射光谱反推出光栅结构


Material and mode dispersion


折射率可由Sellmeier公式定义，或由使用者自定。同时可将材料及模态射散加入运算。


Material loss and gain


材料损失及增益，复数系数及泄漏模态都会在运算中考虑


Higher-order gratings


可对高阶绕射光栅进行运算


Parameter scanning module


所有有关光栅的参数都可进行扫描。如：光栅形状、长度、平均折射率、周期变化值(chirp)及使用者自定变数。光栅的光谱特性，如：频宽(bandwidth)、肩高值(sidelobe)、峰值(Peak value)、峰值位置(Peak position)及射散中心波长都可以在扫描结果看到。


Spectrum analysis tools, Group Delay tools


可计算频宽(bandwidth)、峰值(peak value)、峰值位置(peak position)、斜率、肩高值(sidelobe)、ripple参数、延迟频谱及GDD值





Convenient display


图形视窗显示包含：平均折射率、周期变化值(chirp)、折射率变化方式(apodization) 、3D的传播图形








元件设定





对不同的元件设定而言，提供了完整波导模态。使用者可藉由控制各项参数来调整耦合模态的选择。


 Single fiber with grating


在程式中设定之多层光纤其壳层为无限远，当光栅放置于光纤之任一层之中。光纤的尺寸及折射率变化均可由使用者自由定义。同时OptiGrating可以对光栅结构前进及反向的传播模态进行模拟。在光纤中提拱模态的选择包含了线性偏振模态(LP)及向量模态(HE,EH,TE及TM)。应用范围包含WDM选择器及加/减过滤器，射散补偿器，增益平坦及感应器。


OptiGrating的新特色


反向散射问题运算


功能强大的反向布拉格光栅运算模组。此一新功能可以两种方式使用，第一：使用已知之反射光谱反推出其光栅结构。第二：可根据想要光谱图形推测出光栅结构，再根据此一结构进行调整。


进一步的平板波导及光纤模态解析器


此一加强之模态解析器不仅可计算增益/损失及泄漏模态，还能计算实数及复数折射率之模态变化，此一计算是更为复杂，但在OptiGrating中都可以加以计算。


群延迟分析工具


此一分析工具可帮助我们对群延迟(Group Delay)曲线做一线性回归(curve fitting)的动作，可求得任一阶数之曲线近似值，GDD值及ripple参数。


加强的输出选单


OptiGrating现在有进一步之频谱输出方式。可选择以纯文字方式输出或以OptiBPM View 2D，OptiSystem的形式输出。OptiSystem之输出功能，其中包含波长，反射实数及虚数部份，穿透实数及虚数部份。此一输出档案可使用在OptiSystem此一软体中。


 加强之功能性


OptiGrating有效的加强各方面之功能性，包含新功能以及让使用者更容易设计光纤及波导。























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在电信及资料传输大量使用光纤为媒界，已使光纤成为新兴的产业。在光通讯系统中选定正确的光纤参数为重要因素之一。尺寸、材料成分、折射率的变化(profile)及各种线性及非线性的效应均为使一光通讯系统达到最佳效能的重要因素。


这个过程现在可以藉由光纤设计软体OptiFiber变的很容易。OptiFiber是一套多功能及强大的工具，其中包含了“光纤模态解析”、“光纤射散模型”、“材料损失”、“极化模态射散”(PMD)等运算工具。所以OptiFiber对于工程师、学生、科学家以及任何设计、使用光纤、光纤元件及光纤通讯系统的人都是不可缺少的工具。





OptiFiber特色在于能够使用作为预测在设计时所想要达到的最佳化目标，例如：半径小但具有非零射散及最大模数的光纤。OptiFiber还具有支援汇入折射率变化及实验设备之功能，例如：EXFO’s NR-9200光纤分析仪，可将由实验量测到的折射率输入至OptiFiber进行分析。











优点：


 可降低研究的风险及产品上市所需之时间


快速、低成本的原型制作


可在实际制造前进行各种光纤的效能评估


各项参数的估算，敏感度(sensitivities)及容忍度(tolerances)的评估


自动之参数扫描及最佳化之功能


视觉化的呈现改变参数后之光纤特性的变化








应用范围：


 通讯用渐变型单模光纤(grade SM)之设计


多模光纤之设计


光纤感测器(fiber sensor)之设计


可设计任意的多层光纤及任意的二维光纤折射率变化


可针对所存在之基础及高阶模态，进行下列特性之运算：


 用不同的方式显式模态场的图形


 有效折射变化，传播常数


 群系数(Group index)，群延迟(Group Delay)


 三种群速度(group-velocity)射散(材料，波导，总和)


 不同定义之模态场直径(mode field diameters)及有效模态(effective mode)区域


 计算截止波长(cutoff wavelengths)


 弯曲(Macrobending)、微弯曲(microbending)及接合损失(splicing loss)之计算


可藉由改变光纤的几何、折射率变化(profile)及合成比例(composition)来最佳化光纤之各项特性


可藉由本质(intrinsic)及外在(extrinsic)之微扰(perturbations)计算双折射效应


可根据不同的模型进行极化模态间射散(PMD)之计算








主要特色


 Fiber Profile Designer


Fiber Profile Designer可让您设计多层光纤折射率变化。在椭圆对称的假设下，我们可以设计一维的折射率变化分布。每一层可以设定为常数、函数或使用者自定的折射率变化，所以使用者可设计各种阶变(step-index)及渐变(graded index)的光纤折射率变化。折射率随波长的变化可设定为全局(global)或区域(local)变化，也可藉由主要(host)及掺杂(doped)的材料进行射散曲线的变化，可自由选用sellmeier模型或自定模型。


LP and vectorial mode solvers


对所存在的模态提供各类模态之模态折射率及场分布，对二层及三层的结构而言OptiFiber使用不同种类的Bessel函数进行模态场的数值解析，以及应用边界条件在界面上。对更复杂的结构而言OptiFiber会使有限微分法(Finite difference)针对Helmholtz本微值方程式(eigenvalue equation)进行解析。此法是使用非等距分割所以能够有效的增加准确率及减少CPU运算时间。


Cutoff Wavelength Calculator


在确定了光纤模态后，可藉由此一工具计算线性偏振模态(LP)及向量(vectorical)高阶模态之截止波长。


Material, Waveguide and Total Dispersion Calcultor


材质射散是根据波长以及所使用的材料的折射率变化而定。根据所选择的模态，其波导及总和射散就可藉由数值方法导出成为波长的函数。且不论基础或高阶模态均可计算及显示其群延迟(group delay)及群射散(group dispersion)。


Birefringence and PMD Calculator


光纤之双折射及群延迟微分，均根据其不同的本质(intrinsic及外在(extrinsic)的微扰而计算。而极化模态间射散(PMD)模型则根据推测学行为，将光纤参数分类为乱数模态耦合(random modecoupling)的现像。一阶的PMD可使用光谱(spectral)及总合(ensemble)模型来计算，而二阶PMD则使用光谱(spectral)模型计算。








OptiFiber的新特色





 直接支援由EXFO Electro-Optical Engineering公司的NR-9200光纤折射率扫描器。


有两种方式定义折射率变化


 直接设定折射率变化


 调整其载子参杂浓度


新模型，例如：


 高阶模态弯曲损失模型


 计算截止波长及提供ITU-T所推荐之实验制程数值


 有效模态区域


 非线性块材(bulk)之不同模态的有效非线性折射率，以及光纤波导特性：模态的外型，限制的角度…等等


更多的材质资料库


新范例：


新的”扫描”特色，可以比例的方式进行扫描


更多新的使用者图形特色，例如：


 显示全部的折射率图形，绝对及相对的折射率变化，以彩色方式表式。


 预览光场组成变化


 交换排列方式显示”多种模态扫描”


 输出二维X-及Y-截面，以强度及振幅方式输出


 行列方式编码(Line style-coded)列印



































 什么是OptiFDTD？


在光通讯系统中，微光学及光电元件的好处巳有重要贡献。在积体光路的布局及物理设备中的光被动元件巳经愈来愈复杂了。这巳经创造很棒地模拟软体足以设计及模拟复杂的新光电元件。


OptiFDTD是一个强大、高结合度且人性化介面的应用软体，它可使让电脑设计及模拟先进的被动元件和非线性光电元件。OptiFDTD程式的核心是根据有限差分时域演算法(Finite-Difference-Time-Domain)，其具备二阶数值精准度及最先进的边界条件-单轴完美匹配层(Uniaxial perfectly matched layer---UPML)。这个演算法解决了使用马克斯威尔微分方程式在时间及空间领域的电场及磁场。它准许任意的几何图形及没有元件材质的限制。OptiFDTD让你可以设计、分析及测试先进被动元件和非线性光电元件中的波的传递、散射、反射、绕射、偏振及非线性现象。








OptiFDTD的好处 ：


 减少投资的风险及产品上市的时间


迅速、低成本的原型


光电的问题有整体的概述








OptiFDTD的应用：


 光能隙材质及元件


光微环滤波器及共荡器


以波导为基础的光栅


绕射微光电元件


复杂的积体光学结构


具非线性、色散、表面电浆、非均匀材质








OptiFDTD 设计模组


此具备多文件的元件布局设计模组拥有友善的图形介面以供设计光电元件，而且也是使用者的工作平台。在工具列及主要选单中有包括简单的波导设计工具、编辑及操控工具、特殊布局区。除了一般的剪下、复制、贴上之外，还可以在网状的布局区上做复原、重复步骤、交换重叠元件、折断元件的动作。另外还可以看元件的工作面积。元件布局设计模组虽预设的设定及颜色，然而这都是可客制化的。你可以写下描述布局区的公式。内建一串的分析器可辨识基础的数学运算及标准公式来翻译公式。在光学照相光罩的制程中标准档案的格式(DXF and GDSII)可以经由元件布局设计模组来输出。





OptiFDTD Simulator





 TE及TM波的模拟


具人性化的控制模拟介面


强大的图形具有观察任何波传递的透视图


用切片观察器来做保角近似


以快速傅立叶转换来观测频谱











OptiFDTD Analyzer


 波形图分析


相位、振幅、波映廷向量分布


观察面积、线、点的分析


模态分析


远场计算


重叠积分计算


限制因子计算


以DFT及FFT来分析频谱


输出模拟结果











OptiFDTD主要特色


广泛的材质选项 有损及无损材质


均匀及非均匀材质


多重振荡色散材质


Drdge 材质---使成为贵重金属及表面电浆


柯尔效应(Kerr Effect)材质


拉曼效应(Raman Effect)材质


完美导体


广泛的激发选择


波导模式激发


高斯光束激发


平面波激发


单波长激发


光谱激发


功率及振富激发











Visual Basic Scripting


这个强大的功能给予你高阶的控制，使你可以自动化OptiFDTD完成冗长的模拟但不须你的在场。这脚本的功能巳被整合成使用者图形介面，并准许在布局及脚本间简单地的转换。你将有底下这些好处 快速而简单地转换任何布局或其中一部份成为脚本


创造自己的脚本函式库，其代表了特殊的元件，并可以提供在任何新的布局设计。


简单地复制最复杂的设计而不须在图形介面地操作











OptiFDTD 强大的后序资料处理


 模态分析


频谱分析


场图分析


远场转换


重叠积分计算


观察面积、线、点的特别计算


强大的图形有3D透视图功能












































 什么是OptiSystem？


光通讯系统几乎每日都在增加它的复杂性，一般来说，包含非线性装置和非高斯噪音来源的系统，设计与分析是极度复杂与耗时的。结果，现在这些设计与分析的任务只有在先进的软体工作辅助下才能有效而正确的被完成。在模拟光通讯上，CAD软体允许非常新程度的弹性。今日，因为超级电脑所带来这些令人叹为观止的好处和可利用性，CAD软体在模拟光通讯的重要性已经爆炸性地增加。


OptiSystem 是一套创新的光通信系统模拟软体，此软体可以设计、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，从类比的电视影像广播到洲际间的干脉。系统的水平模拟装置是根据实际的光纤通讯系统的模型而设计，具有强大而新的环境模拟和元件及系统的真实等级定义。软体的能力可以随着使用元件和无缝介面的增加而延伸到更广泛的应用工具。图形使用者介面控制光元件的安排和网络清单，元件模式，和图像座标。广泛的主动与被动元件资料库包含了实际的波长参数，参数回圈也允许使用者侦察特定仪器在载明的系统表现的效果。被制造来符合研究学者，光通讯工程师，系统整合师，学生以及其他广泛的使用者，OptiSystem是一个强而有力却能容易使用的光学系统设计工具，更满足了蓬勃发展中的光电市场的需求。








主要特色 ：


 大幅的减少投资风险


迅速，低价的原型


全球肯定的系统表现


直接存取大规模的系统特性描述资料


全自动的参数扫描和最佳化








应用：


OptiSystem 允许自动化设计几乎任何一种在物理面的光连结，从long-haul systems to MANs and LANs光学网路中的宽谱分析，广泛的应用范围包含： 从元件到物理层次中系统标准的光通讯系统设计和计画


CATV or TDM/WDM网路设计


SONET/SDH环形网?设计


发射器、通道、放大器、接收器设计


色散分析


使用不同的接收器估计误码率及系统的损失


记录系统误码率及link budget计算

chiangshu · *发表于* 2004-4-10 04:48:00

ntelliwave是由美国Engineering Synthesis Design Inc.编写的一款干涉条纹分析处理软件；当前版本号为4.0，它包含3 个版本LE-1, LE-2, PE。功能强大，使用灵活；可以处理静态和移相干涉图，得到波面图、被测试件的面形图和位相图，还可以计算被测试件的像差、MTF、PSF、Encircle energy等参数，可以使用多种位相复原算法( wrapped phase ), 独立于硬件, 支持多种硬件，提供用户程序接口，允许自定义另外的函数，支持与其它软件的接口，如可以与Zygo,Matlab,IDL View、Excel交换数据。