Rsoft软件简介和使用教程
RSOFT使用教程目录Rsoft简介............................................... 错误!未定义书签。
Chapter 7 Tutorials 第七章教程.......................... 错误!未定义书签。
Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器........... 错误!未定义书签。
Device Layout: 器件结构：............................ 错误!未定义书签。
Defining Variables 定义变量.......................... 错误!未定义书签。
Drawing the Structure 画器件结构图................... 错误!未定义书签。
Checking the Index Profile 核对折射率分布............ 错误!未定义书签。
Adding Time Monitors 添加时间监视（探测）器.......... 错误!未定义书签。
Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发............. 错误!未定义书签。
Launch Field 激发场.................................. 错误!未定义书签。
Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱.......... 错误!未定义书签。
Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率错误!未定义书签。
Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发................ 错误!未定义书签。
Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格错误!未定义书签。
Lattice layout 晶格布局.................................. 错误!未定义书签。
Base Lattice Generation 基准晶格的创建............... 错误!未定义书签。
Lattice Customization 定制晶格....................... 错误!未定义书签。
Checking the Index Profile 核对折射率分布............ 错误!未定义书签。
Inserting Time Monitors 插入时间监视器............... 错误!未定义书签。
Launch Set Up 激发场设置............................ 错误!未定义书签。
Simulation 模拟.......................................... 错误!未定义书签。
Data Analysis 数据分析................................... 错误!未定义书签。
Switching Polarization 改变偏振为TM模............... 错误!未定义书签。
Periodic Boundary Condition Set Up ....................... 错误!未定义书签。
Tutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure 教程 3：PBG晶体： T型结构 ............................................................ 错误!未定义书签。
Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode 教程四：PBG 晶体：缺陷模型错误!未定义书签。
Rsoft简介包括BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD、DiffractMOD、FemSIM, 以及MOST软件。
以下是Rsoft各个模块的介绍：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。
此软件使用先进的有限差分光束传播法(finite-difference beam propagation method)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。
其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD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。
另一功能为模拟程序，它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作，以图形方式显示域的特性以及用户感兴趣的各种数值特性。
FullWAVE：是一高度整合之复杂光子组件仿真设计分析软件，它使用－有限差分时域之模拟分析方法，藉以分析一般光束传播法所无法建立模型分析的光子组件，例如光晶体与环状共振器等。
因此，RSoft公司所开发的BeamPROP 与FullWAVE 软体，两者实际上是具有互补之作用。
其主控程序为BeamPROP 之CAD Layout 系统，用来设计光波导组件及光路，亦即BeamPROP 与FullWAVE 共享同一个CAD Layout 程序。
BandSOLVE：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。
集成了CAD和仿真功能，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片和波导，二维或三维的腔体结构问题以及光子晶体光纤。
GratingMOD：用以设计并分析在光纤/波导光栅元件之应用软件。
体。
其对于发展WDM与DWDM特别有助益。
它适合用来分析已知光栅结构(Design)，亦可藉由量测或已它适合用来分析已知光栅结构(Design)，亦可藉由量测或已知频谱－决定该光栅之特性(Synthesis)。
知频谱－决定该光栅之特性(Synthesis)。
GratingMOD 可以设计分析任何波导横向结构(Transverse GratingMOD可以设计分析任何波导横向结构(Transverse Profile)，因为它使用BeamPROP 的CAD 绘图界面设计光栅结构，并采用正交藕合模态理论(OrthogonalProfile)，因为它使用BeamPROP的CAD绘图界面设计光栅结构，并采用正交藕合模(Orthogonal Coupled-Mode Theory) 与转移矩阵法(Transfer Matrix Method)有效地分析光栅特性。
Coupled-Mode Theory)与转移矩阵法(Transfer Matrix Method)有效地分析光栅特性。
GratingMOD GratingMOD 可定义周期性纵向微扰(Periodic Longitudinal Perturbation)以产生纵向光栅结构。
可定义周期性纵向微扰(Periodic Longitudinal Perturbation)以产生纵向光栅结构。
其使得GratingMOD 其使得GratingMOD适用於2D/3D 的模拟，且运算速度较Bi-Directional BPM 更快速。
适用于2D/3D的模拟，且运算速度较Bi-Directional BPM 更快速。
DiffractMOD：适用于绕射光学结构-例如:绕射光学元件、次波长周期性结构、光子能隙晶体的模拟设计软体。
元件、亚波长周期性结构、光子能隙晶体的模拟设计软体。
DiffractMOD运用包含快速傅立叶分解(fast Fourier factorization)与泛用传输线公式(generalized transmission line formulation) -的严格藕合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis - RCWA)技波分析(Rigorous洲Coupled Wave Analysis - RCWA)技巧。
它可以精确有效地模拟- 具有任意网格结构它可以精确有效地模拟-具有任意网格结构与基本单元折射率剖面的2D/3D 结构，并能分析介电(dielectric)、色散(dispersive)与耗损(lossy) 等与基本单元折射率剖面的2D/3D结构，并能分析介电(dielectric)、色散(dispersive)与耗损(lossy)等材料结构。
材料结构。
再者, 使用者可弹性控制入射方向(incident direction) 与照度极化(polarization of再者,使用者可弹性控制入射方向(incident direction)与照度极化(polarization of illumination) 以完成模拟。
illumination)以完成模拟。
DiffractMOD与其他RSoft所开发-BeamPROP 、FullWAVE 、BandSOLVE 、GratingMOD等元件模拟软体共用CAD 布局界面。
软体共用CAD布局界面。
此CAD界面提供任意轮廓的精确定义与全参数化的设计模型环境。
DiffractMOD中的绕射结构布局,可直接选用FullWAVE (FDTD)进行时域响应(time-domain response)模拟，或选用BandSOLVE (PWE)进行能带结构分析(band structure analysis) 。
FemSIM：运用有限元素法(FEM- Finite Element Method)的泛用光子元件解模器(mode solver)，透过非均匀网格(non-uniform mesh)可用来计算任意元件中的任何横切(transverse)与腔体(cavity)模态纪录。
应用：可分析任何形状的元件-包含弯曲与罕见的形状。
高度混合型元件-具高折射率对比(high index contrast)与small feature sizes的元件结构。
耗损结构(Lossy structures) 。
硅晶元件(例如:绝缘层上硅晶- SOIs- Silicon on Insulator)。
极化旋转器(Polarization rotators)。
空心或实心光晶光纤(Air or solid core photonic fibers)。
雷射与光能隙晶体之缺陷与腔体(Laser and PBG defect cavities)。
MOST：用以优化设计分析光电元件之软体模组。
以优化设计分析光电元件之软体模组。
初阶的光子模型建立基本上牵涉到模拟，借以探究问题的相关物理特性;对於元件制造的设计周期而言，了解系统完整的参数空间便显得不可或缺。
性;对于元件制造的设计周期而言，了解系统完整的参数空间便显得不可或缺。
浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用
2018年第10期教育教学2SCIENCE FANS 浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用*刘春兰，魏…………勇，苏于东（重庆三峡学院…………电子与信息工程学院，重庆…………404120）【摘 要】光学作为理学类专业的一门基础学科，在本科生教育中占有非常重要的地位，近年来光纤光学已被引入了本科及研究生课堂。
本文提出了在光纤光学教学中使用Rsoft软件进行仿真分析，结合该软件的使用特点，采用软件仿真的实验教学方式，将光纤传播理论中难懂的理论知识转变为可视化的图像显示，直观的反应光纤传光特点，帮助学生理解和分析，有效提高教学质量和教学效率。
【关键词】Rsoft；仿真；光纤光学【中图分类号】G612 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8437（2018）10-0002-02近年来，光纤技术发展迅速，已广泛应用于通信、生物、化学、医学等各个领域。
“光纤光学”是光学专业研究生的专业课，是本科生“高等光学”学科中的主要章节，具体内容涉及了光纤通信、光纤传感、薄膜光学等众多学科，具有内容广泛、理论深厚、知识更新快速、理论与实际紧密联系等特点[1]。
在教学中我们发现，光纤光学成为高等光学学科中最为难懂的一部分内容，因目前的教科书就这部分内容给出长篇大论的理论推导，学生理解十分困难，从而导致失去学习兴趣，影响教学效果。
为解决这一实际问题，我们在实验课程中引入Rsoft软件进行仿真教学，将理论分析结果可视化，通过参数设置帮助学生理解数学模型中各个参量的实际意义，使计算结果生动、直观的展示在学生面前，激发学生独立思考的学习兴趣，提高学生逻辑思维和动手能力。
此外，通过该仿真软件的学习，还可帮助研究生在学习理论知识之外掌握基本科学研究的理论学习方法，为研究生从事科研项目奠定基础。
1 利用Rsoft进行光纤传感仿真仿真是指利用数学建模的方法，复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或存在设计中的系统。
Rsoft软件简介和使用教程
RSOFT使用教程目录Rsoft简介2Chapter 7 Tutorials 第七章教程4Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器4Device Layout: 器件结构：4Defining Variables 定义变量4Drawing the Structure 画器件结构图5Checking the Index Profile 核对折射率分布5Adding Time Monitors 添加时间监视〔探测〕器5Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发6Launch Field 激发场6Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱6Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率6 Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发7Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格7 Lattice layout 晶格布局7Base Lattice Generation 基准晶格的创建7Lattice Customization 定制晶格8Checking the Index Profile 核对折射率分布8Inserting Time Monitors 插入时间监视器8Launch Set Up 激发场设置8Simulation 模拟8Data Analysis 数据分析9Switching Polarization 改变偏振为TM模9Periodic Boundary Condition Set Up9Tutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure 教程 3：PBG晶体： T型结构9Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode教程四：PBG 晶体：缺陷模型9Rsoft简介包括BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD、DiffractMOD、FemSIM,以与MOST软件.以下是Rsoft各个模块的介绍：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.此软件使用先进的有限差分光束传播法<finite-differencebeampropagationmethod>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.其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD 设计系统,且可控制相关的模拟参数,如：数值参数、输入场以与各种显示、分析功能选项.另一功能为模拟程序,它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作,以图形方式显示域的特性以与用户感兴趣的各种数值特性.FullWAVE：是一高度整合之复杂光子组件仿真设计分析软件,它使用－有限差分时域之模拟分析方法,藉以分析一般光束传播法所无法建立模型分析的光子组件,例如光晶体与环状共振器等.因此,RSoft公司所开发的BeamPROP与FullWAVE 软体,两者实际上是具有互补之作用.其主控程序为BeamPROP之CADLayout系统,用来设计光波导组件与光路,亦即BeamPROP与FullWAVE共享同一个CADLayout程序.BandSOLVE：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.集成了CAD和仿真功能,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片和波导,二维或三维的腔体结构问题以与光子晶体光纤.GratingMOD：用以设计并分析在光纤/波导光栅元件之应用软件.体.其对于发展WDM与DWDM特别有助益.它适合用来分析已知光栅结构<Design>,亦可藉由量测或已它适合用来分析已知光栅结构<Design>,亦可藉由量测或已知频谱－决定该光栅之特性<Synthesis>.知频谱－决定该光栅之特性<Synthesis>.GratingMOD可以设计分析任何波导横向结构<TransverseGratingMOD可以设计分析任何波导横向结构<TransverseProfile>,因为它使用BeamPROP的CAD绘图界面设计光栅结构,并采用正交藕合模态理论<OrthogonalProfile>,因为它使用BeamPROP的CAD绘图界面设计光栅结构,并采用正交藕合模<OrthogonalCoupled-ModeTheory>与转移矩阵法<TransferMatrixMethod>有效地分析光栅特性.Coupled-ModeTheory>与转移矩阵法<TransferMatrixMethod>有效地分析光栅特性.GratingMODGratingMOD可定义周期性纵向微扰<PeriodicLongitudinalPerturbation>以产生纵向光栅结构.可定义周期性纵向微扰<PeriodicLongitudinalPerturbation>以产生纵向光栅结构.其使得GratingMOD其使得GratingMOD适用於2D/3D的模拟,且运算速度较Bi-DirectionalBPM更快速.适用于2D/3D的模拟,且运算速度较Bi-DirectionalBPM更快速.DiffractMOD：适用于绕射光学结构-例如:绕射光学元件、次波长周期性结构、光子能隙晶体的模拟设计软体.元件、亚波长周期性结构、光子能隙晶体的模拟设计软体.DiffractMOD运用包含快速傅立叶分解<fastFourierfactorization>与泛用传输线公式<generalizedtransmissionlineformulation>-的严格藕合波分析<RigorousCoupledWaveAnalysis-RCWA>技波分析<Rigorous洲CoupledWaveAnalysis-RCWA>技巧.它可以精确有效地模拟-具有任意网格结构它可以精确有效地模拟-具有任意网格结构与基本单元折射率剖面的2D/3D结构,并能分析介电<dielectric>、色散<dispersive>与耗损<lossy>等与基本单元折射率剖面的2D/3D结构,并能分析介电<dielectric>、色散<dispersive>与耗损<lossy>等材料结构.材料结构.再者,使用者可弹性控制入射方向<incidentdirection>与照度极化<polarizationof再者,使用者可弹性控制入射方向<incidentdirection>与照度极化<polarizationofillumination>以完成模拟.illumination>以完成模拟.DiffractMOD与其他RSoft所开发-BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD等元件模拟软体共用CAD布局界面.软体共用CAD布局界面.此CAD界面提供任意轮廓的精确定义与全参数化的设计模型环境.DiffractMOD中的绕射结构布局,可直接选用FullWAVE<FDTD>进行时域响应<time-domainresponse>模拟,或选用BandSOLVE<PWE>进行能带结构分析<bandstructureanalysis>.FemSIM：运用有限元素法<FEM-FiniteElementMethod>的泛用光子元件解模器<modesolver>,透过非均匀网格<non-uniformmesh>可用来计算任意元件中的任何横切<transverse>与腔体<cavity>模态纪录.应用：可分析任何形状的元件-包含弯曲与罕见的形状.高度混合型元件-具高折射率对比<highindexcontrast>与smallfeaturesizes的元件结构.耗损结构<Lossystructures>.硅晶元件<例如:绝缘层上硅晶-SOIs-SilicononInsulator>.极化旋转器<Polarizationrotators>.空心或实心光晶光纤<Airorsolidcorephotonicfibers>.雷射与光能隙晶体之缺陷与腔体<LaserandPBGdefectcavities>.MOST：用以优化设计分析光电元件之软体模组.以优化设计分析光电元件之软体模组.初阶的光子模型建立基本上牵涉到模拟,借以探究问题的相关物理特性;对於元件制造的设计周期而言,了解系统完整的参数空间便显得不可或缺.性;对于元件制造的设计周期而言,了解系统完整的参数空间便显得不可或缺.这可能牵涉到对合适范围参数空间的系统搜寻与多重维度的自动优化.空间的系统搜寻与多重维度的自动优化.做为RSoft光子元件模拟软体的自动优化模组,MOST可简化参数扫描与优化的定义、计算与分析.扫描与优化的定义、计算与分析.Chapter 7 Tutorials 第七章教程所有的教程都在Rsoft安装目录<EXAMPLES\FULLWAVE\TUTORIA>下可以找到原型实例.Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器本部分讨论环形共振器的创建与分析.环形共振器是一种应用广泛的高Q值波长滤波器.首先介绍器件的布局与设置,然后讨论脉冲分析〔a pulse analysis〕.脉冲计算〔pulsed calculation〕可以产生一个光谱响应,让分析器件的光谱特性,从而可以回避在连续模式下〔CW〕对整个波长的参数扫描,节省分析时间,提高分析效率.最后,我们对器件的某一共振波长进行连续模拟〔CW simulation〕.Device Layout: 器件结构：我们接下来要模拟的环形共振器为宽为 0.2 µm 、折射率为3的波导,其共振波长约为 2 µm.步骤：1、打开RSoft CAD-Layout：2、点击创建新结构按钮〔New Circuit icon〕3、设置如下参数〔见下图〕：Free Space Wavelength： 2； Waveguide Width ：0.2；Background Index：1；Index Difference ： 2Defining Variables 定义变量单击Edit Symbols 按钮Gap = 0.2 L = 0.5R = 1.7R1 = R-width/2 R2 = R+width/2.Drawing the Structure 画器件结构图我们将作圆形的波导〔环〕：首先画个圆盘,然后在其中间挖个洞.步骤：1、从菜单中选择Options/Insert/Lens：2、设置Waveguide Width： 2*R2,Front Radius ： R2 , Back Radius：–R2；3、中心挖洞：Select Mode icon,左击画好的圆盘〔Lens #1〕,左击 Duplicate Selection按钮,右击圆盘〔Lens #2〕. 设置Waveguide Width：2*R1, Front Radius：R1, BackRadius：–R1 andthe Index Difference： 0；点击对话框中的More按钮,设置Display Color：Yellow, Priority Level：1, Background Index：background_index+delta.4、接下来部分做一个bus waveguides：点击Segment Mode按钮,在右边画个段状波导,参数设置如图所示：5、复制一个条形波导,参数设置如下图所示：Checking the Index Profile 核对折射率分布为了查看器件各部分折射率分布,点击 Display IndexProfile 按钮,选择显示模式 Display Mode 为ContourMap<XZ>,设置参数如图所示：点击Ok按钮后,出现下图描述的折射率分布情况〔第二个圆盘优先级别更高〕：Adding Time Monitors 添加时间监视〔探测〕器接下来将在器件中插入时间监视器,为后面分析做准备. 我们将用两个监视器来测量场透射和衰减〔transmitted and dropped〕情况.步骤：1、选择菜单Options/Insert/Time Monitor：2、选择监视器,复制一个,设置参数如下图所示：3、最后器件的结构如图所示：这部分讨论环形共振器的模拟和分析.我们将首先计算该共振器的一个波长/频率光谱,然后模拟器件工作在共振波长下场的分布情况.Launch Field 激发场设置激发场的空间特征和时间特征.点击Edit Pathways 按钮,点 New Pathway按钮,左击左边条状波导,它的颜色变成亮的绿色,点击OK.此时,我们已经建立一个Pathway #1,单击Edit Launch Field按钮,注意设置Launch Pathway 序号为1. Launch Type 为 Slab Mode ,点击OK,返回CAD 窗口.Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱点击 Perform Simulation按钮,设置模拟参数. 时间步长Time Step设置足够小以满足柯朗稳定性条件〔Courant stability condition〕, 在空间网格尺寸〔 Grid Size 〕为 0.02 µm ,我们可以设置时间步长为0.0135.接下来,点击Output… 按钮,在FDTD Output Options 窗口设置输出选项,确认me Monitor和Wavelength Monitor,和Frequency Monitor设为Yes,然后点击OK按钮关闭窗口.接下按Display… 按钮,设置 Outline Color 为黑色Black.按下OK 后,最后开始模拟.模拟结束后,结果如下图所示,其中下方曲线图为来自time monitors的结果.Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率要分析波长光谱,可以View Graphs 按钮,选择ring_pulse.pwm文件,显示如下图, 谱线态粗糙了,可以通过设置更大的stop time值来提高谱线光滑度.下图为Stop Time设为 2^15*fdtd_time_step时的结果.通过脉冲激发模拟,我们可作出环形共振器的波长光谱.在连续激发下,我们将分析共振器在波长为1.977 µm的情形.D点击Edit Global Settings按钮,设置Free Space Wavelength： 1.977.点击Perform Simulation 按钮,将激发模式 Excitation 设为 CW,同时将Stop Time 设为2^14*fdtd_time_step,输入一个新的输出文件前缀Output File Prefix,如 ring_cw.模拟结构如下图所示.上图连续激发CW 模拟结果与脉冲激发所预言相一致.我们看出在波导中电场能量逐渐增强,最后电磁场几乎全部传输到输出波导.因此,通过利用脉冲激发和连续激发两种类型的模拟计算,我们容易能获得器件的光谱响应与其工作在共振波长的电场场传播情形.Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice教程 2：PBG 晶体：四方晶格〔PBG: photonic-bandgap 光子带隙〕这个教程主要介绍光子晶体晶格〔四方晶格为例〕作图,然后利用FDTD方法分析这些晶格的光学性质. 我们将计算此光子晶体的光谱响应,从而揭示存在光子带隙.分析过程采用时间响应谱的傅立叶变换来获得系统的频率响特性.整个模拟过程将进行两次计算,分别对应于两种边界条件：完美匹配层边界条件PML；周期性边界条件.Lattice layout 晶格布局建立晶格的方法有多种,接下来我们采用Array Layout XZ utility工具来创建所需的四方晶格.Base Lattice Generation 基准晶格的创建菜单Utility/Array Layout XZLattice Customization 定制晶格点击Edit Global Settings 按钮,设置背景折射率Background Index为 1,折射率差Index Difference为2.4〔GaAs〕 ,偏振Polarization为TE,自由空间波长 Free Space Wavelength 为Period/0.45.按OK关闭窗口.〔设置变量Period= 0.6 µm,Radius=0.18〕Checking the Index Profile 核对折射率分布点击Display Index Profile 按钮,设置Display Mode 为 ContourMap <XZ>, Compute Step in X and Z 为 0.02, Slice Step in both X and Z 为Compute Step.点击OK后,结果见下图.Inserting Time Monitors 插入时间监视器菜单Options/Insert/Time Monitors…,设置time Monitor Type为 Default Field ,Time Average为 No,Frequency Analysis为FFT.Launch Set Up 激发场设置点击Edit Launch Field 按钮,设置Launch Type 为Gaussian, Launch Width 为0.2*PeriodX,Launch Position X为0.34*PeriodX.Simulation 模拟点击Perform Simulation 按钮,如下表与图所示设置参数.Grid Size in X 0.02Grid Size in Z 0.02Time Step 0.01Stop Time 2^16*fdtd_time_step Update Time 100*fdtd_time_step Excitation PulsedPulse Time lambda/2Source Offset 0.234*PeriodZData Analysis 数据分析当模拟计算结束后,点击WinPLOT按钮〔或从开始菜单打开WinPLOT程序〕,打开文件square_pbg_te.pfm具体设置过程略〔见FullWAVE教程P98〕,结果如下图.其中光子带隙PBG已经标出.PBGSwitching Polarization 改变偏振为TM模点击Edit Global Settings 按钮,设置Polarization 为 TM.点击Perform Simulaition 按钮,设置Output File Prefix 为 square_pbg_tm.结果如图所示.Periodic Boundary Condition Set UpTutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure教程 3：PBG晶体：T型结构Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode教程四：PBG 晶体：缺陷模型。
rsoft教程
rsoft教程RSoft（Radiation Soft）是一款用于光学仿真和设计的软件套件。
它提供了一系列的工具和模块，可以用来模拟光波传播、光学元件设计和光学系统优化等。
1. 入门指南RSoft入门指南是一个基于图形用户界面（GUI）的教程，帮助用户快速了解软件的基本功能和操作流程。
在该指南中，你将学习到如何创建项目、导入/导出数据、设置仿真参数等。
同时，你还将学习如何使用RSoft中的工具进行仿真和分析。
2. 无源元件设计无源元件设计在光通信和光电子学中非常重要。
RSoft提供了一些模块，例如FullWAVE和BeamPROP，用于设计和优化无源元件，如波导、光纤和光栅。
在这个教程中，我们将指导你如何使用RSoft的无源元件设计工具，通过改变材料参数、几何形状等来优化特定的元件性能。
3. 光纤传输仿真光纤是光通信中最重要的传输介质之一。
RSoft的MODE和FullWAVE模块可以用来模拟和优化光纤传输系统。
在这个教程中，你将学习到如何建立光纤传输系统的基本模型，如何设置光源和探测器，以及如何分析和优化光纤系统的传输性能。
4. 光栅和光谱分析光栅在光学器件中发挥着重要的作用。
RSoft的GratingMOD 模块可以用来模拟光栅的行为，并通过分析光谱来优化光栅的性能。
在这个教程中，你将学习到如何使用GratingMOD模块建立光栅模型，如何设置光源和探测器，以及如何分析光栅的反射率、透射率等性能指标。
5. 集成光学设计集成光学器件由多个光学元件组成，如波导、偏振器和光调制器等。
RSoft的BeamPROP模块可以用来模拟和优化集成光学器件。
在这个教程中，你将学习到如何建立集成光学器件的基本模型，如何设置光源和探测器，以及如何分析和优化集成光学器件的性能。
希望这些教程对你学习和使用RSoft软件有所帮助！。
rsoft案例
rsoft案例
Rsoft是一家光学和电磁仿真软件公司，其软件提供了光学和电磁设计工具，帮助光电子和通信领域的工程师进行系统设计和优化。
下面将介绍一些Rsoft的典型应用案例。
1. 光纤光栅传感器设计
在传感器设计中，光纤光栅是一种利用光纤反射原理实现的传感器，可以测量温度、压力、位移等物理量。
使用Rsoft软件进行光纤光栅设计，可以模拟光栅的结构、光波导、光纤等元器件，预测光栅的反射光谱，进而预测光栅的反应特性，提高光栅传感器的性能。
2. 光纤通信系统设计
光纤通信系统是目前最快、最稳定的通信方式之一，其核心是光纤通信器件。
使用Rsoft软件对光纤通信器件进行设计和优化，可以提高光柔性、信号传输速率和容量等性能。
3. 光波导集成光路设计
光波导集成技术是一种新型的光电子系统集成方式，采用光波导作为信号传输通道，将多个光电子器件集成在同一芯片上。
使用Rsoft软件进行光波导集成光路设计，可以在保证电路性能的前提下，实现光路的高密度集成和小型化。
4. 激光器设计
激光器是一种将电能转化为光能的器件，广泛应用于医疗、通信、检测和制造等领域。
使用Rsoft软件进行激光器设计，可以预
测激光器的光谱、输出功率、波长和模态特性等，提高激光器的性能和稳定性。
总之，Rsoft软件在光电子和通信领域的应用非常广泛，可以帮助工程师实现产品的设计和优化，推动光电子领域的发展。
Rsoft软件(BPM,光束传播法模拟)中文课件(5.6光纤模式转换器)江苏大学陈明阳教授编写 2018最新版
总结
1.高阶模的监视器设置 2.重叠区波导折射率确定（通过优先级来改变
重叠区折射率值，谁高[优先级]取谁[折射率差] ）
江苏大学陈明阳
2. M.-Y. Chen, G.-D. Cao, Y.-Q. Tong, and L. Wang, "High-order mode conversion based on adiabatical mode evolution for mode division multiplexing applications," Applied Optics 56, 5125-5130 (2017).
倒树结构模场转换效果图
江苏大学陈明阳
模分复用器/解复用器
辅助纤芯6
选取辅助纤芯6的折射率差为0.0063 ，为了实现从单芯端面输入LP21b时 ，能从辅助纤芯6输出
辅助纤芯5
辅助纤芯5选取折射率差为 0.0083，为了实现从单芯端 面输入LP11b时，能从辅助纤
芯5输出辅。 助纤芯1-4
第一类辅助纤芯选取折射率差为 0.0095，该结构能够实现从LP01、 LP11a、 LP21a、 LP02模式的依次输出 。
模式复用器成为模 分复用系统通信性 能优劣的关键性因 素。江苏 Nhomakorabea学陈明阳
光纤模式转换器设计
建模
35um
L=80mm 20um
Rsoft软件示例
模型结构图
江苏大学陈明阳
1 模式转换器的功能设想
能够实现模式从低阶到高阶的转换 以及模式从高阶到低阶的转换
LP21b
LP11a
Rsoft简介
1．波束传播法介绍波束传播法是常用的设计和模拟波导传输特性的方法。
波束传播法求解时需要两个基本的已知条件，即波导结构的折射率分布和波导输入端的输入光波的场分布(,,)n x y z 和(,,)u x y z 。
用该算法对确定的波导传输进行数值模拟计算时还需要已知以下输入变量：(1)计算区域{min max (,)}x x x ∈ {min max (,)}y y y ∈，和{min max (,)}z z z ∈(2)横向栅格尺寸Δx 和Δy ；(3)纵向步进Δz 。
在标量近似的情况下，波导中的光波可用表征单色光波的亥姆霍兹方程表示：()2222222,,0k x y z x y z θθθθ∂∂∂+++=∂∂∂ (1) 这里标量电场被表示为(),,,(,,)twt E x y z t x y z e θ−=式 (1)中0(,,)(,,)k x y z k n x y z =表示空间相关的波数，其中02/k πλ=表示自由空间的波数，(),,n x y z 表示波导的折射率分布。
除了标量假设外，式 (10 )是精确的。
在通常的波导传输中，光场φ沿波导光轴传输时变化最快的变量是相位。
设光是沿波导的Z 轴传输，为了便于分析迅速变化的相位变量，通过下式引入一个所谓的慢变化场u ，_(,,)(,,)t kz x y z u x y z e θ= (2) 式中k 是表征场φ中的平均相位变化的一个常数，它被称为参考波数。
利用参考波数可以由__0k k n =表征出参考折射率n ，其中0k 表示真空中的波数。
把式 (2)代入亥姆霍兹方程 ( 1) 可以得到表征慢变化场u 的方程： 2222__2222220u u u u i k k k u z z x y ⎛⎞∂∂∂∂++++−=⎜⎟∂∂∂∂⎝⎠ (3) 上式除了用慢变场用u 表示外，其意义完全等效于精确的亥姆霍兹方程。
设场u 随z 的变化非常慢，以致式 (3)中的第一项相对于第二项而言可以忽略。
RSoft 介绍
RSoft CADRSoft CAD 为美国RSoft Design Group, Inc. 所开发，RSoft CAD 是RSoft 被动组件仿真软件BeamPROP、FullWAVE、BandSOLVE、GratingMOD、DiffractMOD、FemSIM 与ModePROP 的核心程序，它可让用户设计绘制波导组件、光路与其它光子组件，并定义被动组件的材料特性(material properties) 与结构几何(structural geometry)。
软件优势极具弹性的设计环境，可虚拟产生任何结构几何。
RSoft 被动组件仿真软件的必备设计环境。
提供RSoft 被动组件仿真软件单一的设计平台，不必针对不同算法转换结构几何。
方便操作的接口，可良好地控制绘制与仿真组件。
对象导向设计布图功能可让用户设计绘制光子组件与光路- 它可透过鼠标轻易地由工具列选取: 直、渐变(tapered)、弧形(curved)、透镜(lenses) 与多边形(polygons) 等组件。
除了标准对象外，RSoft CAD 更允许用户输入数学式或数据文件来自订组件结构几何。
组件位置可直接指定或透过偏移(offsets) 功能来定义与其它组件的相对位置。
可随时选取、移动、缩放、删除或重新插入一或多个组件。
此一独特的设计功能提供用户极大的系统设计弹性。
点选鼠标右键即可设定每个独立组件的相关特性，例如，结构几何参数、材料折射率分布的类型与数值等光学特性。
再者，每个组件的相关参数(例如: 位置、坐标、宽度与折射率) 皆可透过包含用户自定变量的数学式来定义; 而不只是单纯的常数。
用户可透过公式轻易地修改定义组件的角度，或只针对整体光路修改单一变量; 而不必个别调整结构的各个部份。
软件功能可检视X、Y、Z 轴向结构图之3D 编辑选项。
可同时显示X、Y、Z 不同轴向组合与可旋转之3D 立体结构图。
对象导向设计环境。
可绘制复杂组件结构之阶层式布局功能。
Rsoft实用操作
5 弯曲波导模拟
• 波导弯曲时导致的传输损耗,可通过软件模 拟,采用模式求解法得到。
• 最常应用于光纤的弯曲损耗模拟
例：模拟光纤在不同弯曲半径下的 传输损耗
波导结构:
弯曲半径的设置
弯曲半径的设置
模拟波导弯曲
弯曲半径设置（单位微米）
弯曲半径为10mm的石英光纤
弯曲半径为10mm的石英光纤
弯曲半径为10mm的石英光纤
石英光纤应力系数
采用相关函数法计算
弯曲半径为20mm
弯曲半径为5mm
6 模场直径计算
• 例：获得通道型波导的模场直径（面积）
Propgation(传输)计算
相关函数法结果
相关函数法监视结果
迭代法结果
其它常用操作
• 1 拷贝图形
Metafile(图元)格式
0.5
0.4
Monitor Output
0.3
0.2
0.1
0.0
1
23Biblioteka 4567
8
9 10
sita
Bitmap(位图)格式
说明
• Metafile(图元)格式：适用于曲线图形 • Bitmap(位图)格式：通用
2 对数(分贝) 表示
• 对于频域（反映波导输出结果与波长关系） 的分析,一般用分贝显示结果
例：耦合器分析
单个计算结果
计算波导输出与波长的关系曲线
计算结果
蓝线：左侧波导 绿线：右侧波导
对数（分贝dB）显示
蓝线：左侧波导 绿线：右侧波导
3 场分布显示格式调整
4 显示比例调整
锁定显示比例 (自定义显示比例)
显示比例(纵/横比)
调整显示比例为1:1
结果显示
RSoft软件许可协议和说明说明书
Obtaining RSoft Software and License Key Files Optical Solutions GroupMarch 2016Copyright Notice and Proprietary InformationCopyright © 2015 Synopsys, Inc. All rights reserved. This software and documentation contain confidential and proprietary information that is the property of Synopsys, Inc. The software and documentation are furnished under a license agreement and may be used or copied only in accordance with the terms of the license agreement. No part of the software and documentation may be reproduced, transmitted, or translated, in any form or by any means, electronic, mechanical, manual, optical, or otherwise, without prior written permission of Synopsys, Inc., or as expressly provided by the license agreement.Right to Copy DocumentationThe license agreement with Synopsys permits licensee to make copies of the documentation for its internal use only. Each copy shall include all copyrights, trademarks, service marks, and proprietary rights notices, if any. Licensee must assign sequential numbers to all copies. These copies shall contain the following legend on the cover page:“This document is duplicated with the permission of Syn opsys, Inc., for the exclusive use of______________________________ and its employees. This is copy number __________.”Destination Control StatementAll technical data contained in this publication is subject to the export control laws of the United States of America. Disclosure to nationals of other countries contrary to United States law is prohibited. It is the reader’s responsibility to determine the applicable re gulations and to comply with them.DisclaimerSYNOPSYS, INC., AND ITS LICENSORS MAKE NO WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, WITH REGARD TO THIS MATERIAL, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.TrademarksSynopsys’ company and certain product names are trademarks of Synopsys, as set forth at:/Company/Pages/Trademarks.aspx. All other product or company names may be trademarks of their respective owners.Table of ContentsIntroduction (1)Signing Up for a SolvNet Account (1)Downloading RSoft Products from SolvNet (2)Using SmartKeys to Download License Key Files (4)Installing RSoft Software (5)Ordering Tangible Media (CDs) (6)IntroductionCustomers in Direct-Sales regions (USA and some other countries) who have purchased copies of the RSoft software from Synopsys can download installation files and License Key files from the Synopsys SolvNet web site. Customers in Distributor-Sales regions (see for a complete list of distributors for the RSoft products) should contact their Distributor for access to these items.Signing Up for a SolvNet Account1.Go to and click the Sign Up Now button.2.Click the Sign Up for an Account button.3. A corporate email address is required to register for SolvNet. For example, an address like************************* is valid, whereas public-domain email addresses such as ******************* or ******************* cannot be used. Note that Synopsys has changed the SolvNet access policy for Universities, contact ************************** if you need assistance.4.During the registration process, you will need to enter your company’s Site ID. If you do notknow your Site ID, email ************************ to request it. Be sure to include your company name and address in your email request.5.After you submit your information, you will receive a confirmation email from SolvNetwithin 24 hours with instructions for completing the registration process.Downloading RSoft Products from SolvNet1.Log into SolvNet () using your SolvNet account.2.From the SolvNet homepage, click the Downloads tab.3.The list of Synopsys products displayed will contain all the products currently licensed atyour organization’s location. Select the product you wish to download.4.Select the version of the product that you would like to download.5.Click the Download Here button. Note that you can Sign Up to receive automaticnotifications from SolvNet when new versions of this Synopsys product are released.6.Read and click the Yes, I Agree to the Above Terms for Synopsys’ Electronic SoftwareTransfer (EST).7.Look through the list of files and use the Download button(s) to download the files that youneed. For some of the RSoft products, both Windows and Linux versions will be shown for download. You will only be able to use the Linux version if you are licensed for it separately.If needed, you can also download the latest copy of the RSoft Installation Guide.8.You should go back to Step 3 in this section and repeat Steps 3-7 for any other products thatyou need to install:∙Windows Installations: You will need to download only the RSoft component or system installers. The required Synopsys Common Licensing (SCL) installer isincluded in the RSoft installer.∙Linux Installations: You will need to download the RSoft component or system installers, Synopsys Common Licensing (SCL), and the Synopsys Installer.See the RSoft Installation Guide for a complete list of installation requirements.Using SmartKeys to Download License Key Files A License Key File is a file that contains licensing information that corresponds to your RSoft license. The SmartKeys web interface on Synopsys’ SolvNet website can be used to obtain license key files:1.Go to the SmartKeys page on SolvNet (/SmartKeys). You can also getthere by going to the SolvNet Downloads page and clicking the SmartKeys link in the lower right column.2.On the SmartKeys page, click the Key Retrieval link.3.If you would like to download license key files for all Synopsys products licensed at yoursite, simply click the Retrieve Licenses button. If you want to obtain a license key file for a specific Host ID, enter the Host ID and then click Retrieve Licenses.4.You will receive a separate email for each Host ID you have requested. Save this file to aconvenient location on your computer for use during the RSoft product installation.Installing RSoft SoftwareThe basic installation instructions are:∙Windows Installations: run the RSoft installer as administrator. It will guide you through the installation process. Additional details can be found in the RSoft Installation Guide.∙Linux Installations: See the RSoft Installation Guide for complete instructions.The RSoft Installation Guide can be downloaded from SolvNet or, after installation, can be found at <rsoft_dir>\docs\install.pdf where <rsoft_dir> is the RSoft installation directory (C:\RSoft) by default.Ordering Tangible Media (CDs)If needed, you can order installation CDs for your Synopsys’ Products from SolvNet:1.From the SolvNet homepage, click the Downloads tab.2.Click the MediaCenter link in the lower right corner of the download page.3.Select the Synopsys Tools that you would like included on the CD. If you have a Linuxlicense, be sure to include Synopsys Common Licensing (SCL) and the Synopsys Installer since it is required for installing on Linux.plete the Ship-to Address information. Items in bold are mandatory. Click Continue.5.Review the shipping request click Place Order to complete the CD order.7 Obtaining RSoft Software and License Key Files。
Rsoft指导
Rsoft软件使用说明洪建勋本说明主要讲解Rsoft软件中Beamprop和Fullwave模块的使用，Beamprop是采用光束传播法来仿真的，Fullwave是采用时域有限差分法来仿真的。
具体的算法理论这里不做详细的讲解，可以参考相关的书籍，特别是时域有限差分法，相关的书籍很多。
Beamprop和Fullwave模块在同一个环境中运行，因此CAD画图方法基本是一样的。
本说明不能成为一个完整的教材，因此这里只对软件做简单的说明，不能面面俱到，描述也尽量简洁，不够清晰之处请结合实际操作理解。
本软件也不能对光电子器件的工作原理和设计方法进行讲解，这方面的知识需要参考其他的资料。
1.Rsoft软件安装及界面介绍1.1 安装安装完成之后将"bin" 和 'lincenses'文件夹拷贝到安装目录下，覆盖原来的文件夹。
1.2界面介绍运行软件之后显示如下包括菜单和快捷按钮，菜单和一般软件的布局功能相似，应该很好理解，说明如下。
File：新建、打开、保存、打印、输出GDS2等格式文件。
Edit：复制、粘贴、剪切、旋转、转换成多边形、平坦化。
View：全局视图、放大、缩小。
Option：选项设置、全局设置。
Run：计算快捷按钮介绍如下。
包括基本操作按钮、画图按钮、数据查看与仿真按钮。
下图标注了一些常用的按钮的名称，其他的按钮或是相关的设置很少用到，一般选默认。
1.3坐标系界面中显示的是X和Z坐标，Y坐标垂直于界面，由里指向外。
二维时，y向无穷大，不需要设置y坐标。
2 CAD画图两个模块的画图方法是一样的，这里，以BEAmprop为例。
2.1 新建一个文件点击新建出现下图，主要是选择仿真模块，设置全局参数。
这里需要对全局设置进行说明，每次画一个部件，它的各个参数默认取全部设置中的值。
背景折射率是指没有波导的空间的折射率。
折射率之差决定了波导的折射率，比如背景折射率为1，折射率之差为0.01，那么波导部分的折射率为1.01，二维时，高度为零。