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Rsoft软件简介和使用

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Rsoft简介 ................................................................................................................................. 3

Chapter 7 Tutorials 第七章 教程 .............................................................................................. 5

Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器 ................................................................... 5

Device Layout: 器件结构： ............................................................................................. 5

Defining Variables 定义变量 ........................................................................................... 6

Drawing the Structure 画器件结构图 .............................................................................. 6

Checking the Index Profile 核对折射率分布 ................................................................... 9

Adding Time Monitors 添加时间监视（探测）器 ....................................................... 10

Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发 .................................................................... 12

Launch Field 激发场 ...................................................................................................... 12

Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱 ......................................................... 12

Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率 ............................................ 14

Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发 ....................................................................... 16

Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格 .......................... 17

Lattice layout 晶格布局 .......................................................................................................... 17

Base Lattice Generation 基准晶格的创建 ..................................................................... 17

Lattice Customization 定制晶格 .................................................................................... 18

Checking the Index Profile 核对折射率分布 ................................................................. 18

Inserting Time Monitors 插入时间监视器 ..................................................................... 19

Launch Set Up 激发场设置 ........................................................................................... 20

2 Simulation 模拟 ...................................................................................................................... 21

Data Analysis 数据分析 ......................................................................................................... 22

Switching Polarization 改变偏振为TM模.................................................................... 23

Periodic Boundary Condition Set Up ...................................................................................... 24

Tutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure 教程 3：PBG晶体： T型结构 .................... 24

Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode 教程四：PBG 晶体：缺陷模型 .................... 24

3 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

4 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) 。

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Chapter 7 Tutorials 第七章 教程 .............................................................................................. 5

Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器 ................................................................... 5

Device Layout: 器件结构： ............................................................................................. 5

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浅谈Rsoft 软件在光纤光学教学中的应用

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

— 2 —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。当光纤技术更新换代快，且光纤作为教学耗材价格昂贵又不易操作时，仿真成为一种有效的教学研究手段。Rsoft是一款基于先进的有限差分光束传播法的专业软件，高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真，集基于光束传播法的光波导设计、基于时域有限差分法的光波导设计、光子晶体分析设计、衍射光学结构器件分析设计和光栅分析设计等于一身。作为一个基于多种数学分析方法的系统模拟器，Rsoft具有强大的模拟环境、真实的器件和相对简单的操作方式。它的性能可以通过matlab软件或其他可编程软件进行扩展，其用户界面简单，且可调参数明显。2 仿真实例光纤光学主要研究光场在光波导中的传播机理，针对不同光纤的光场分布及传播机理衍生出光纤的实际应用价值，比如应用于传感和通信领域。为了实现光纤中光场分布的研究，光纤传光系统主要由光源和用于传输光场的光波导构成。我们利用Rsoft软件中的Beamprop模块通过光束传播法研究光波导的传光原理。用单模光纤和渐变折射率多模光纤错芯对接，单模光纤作为接收光纤接收从光源发出的光，为渐变折射率多模光纤注光。用Beamprop模块创建光路，首先确定背景折射率，在水中有助于光束观察，故背景折射率即为水的折射率；随后创建单模光纤纤芯和包层，分别输入其折射率；最后创建渐变折射率多模光纤结构，其纤芯折射率分布需要输入其分布函数，系统提供高斯函数和离散函数可选择，其他函数需要手动输入。该仿真模型可以是二维的也可以是三维的。图1为该错芯光纤系统的模型图。图1 错芯光纤系统仿真其仿真参数为：入射光波长0.633μm，背景折射率为1.33，单模光纤纤芯直径为8.3μm，折射率为1.4645，*基金项目：2017年高等教育教学改革研究项目（173121）、重庆市教委2017年度科学技术研究项目（KJ1710238， KJ1725391， KJ1710247）、第三批重庆市高等学校青年骨干教师资助（20165339）、重庆三峡学院2016年度重大培育科研项目（16PY13）Copyright©博看网 . All Rights Reserved.— 3 —（上接第1页）加工厂，主要生产的产品有玫瑰醋、玫瑰酵素、玫瑰红酒、玫瑰花微细胞破壁粉、玫瑰花糖等，加工产品种类主要以食品为主，生产工艺较为简单，利润薄弱，对于玫瑰花精油产品的开发还是空白。超临界CO2萃取本身拥有较好的渗透性，无溶剂残留毒性、最大程度的保护好天然活性成分和热敏性成分不易被分解破坏，能最大限度地保持提取物的天然特征，可实现选择性分离，价格低廉、可循环利用等诸多优点。近十多年来超临界CO2萃取工艺的高速发展，中药材成份与植物精油成份提取技术日益成熟，超临界CO2萃取工艺将会为毕节地区人民带来更多的致富机会，伴随着的将会是超临界CO2萃取工艺在毕节地区广泛应用的景象。【参考文献】[1]廖传华,黄镇仁等.超临界二氧化碳萃技术工艺开发及其应用[M].北京化工出版社,2004.[2]银建中,张宪阵,徐琴琴,张传杰,王爱琴等.超临界流体沉积技术在纳米复合材料制备中的应用,[M].北京化工出版社,2009(4).[3]丁良,李静等.超临界二氧化碳萃取技术在医药领域的应用[M].北京化工出版社,2009.包层直径为125μm折射率为1.4613，渐变折射率多模光纤纤芯直径为62.5μm，折射率最大值为1.4807，可选择高斯函数分布，其包层直径为125μm，折射率为1.4627。从图中可清晰观察到本该沿直线传播的光纤射出光束出现了拐弯现象，可称之为横线自加速现象。我们使用Rsoft软件中的Fullwave模块计算该弯曲光束的光阱力及光的力学效应，其仿真结果可将该仿真结构与matlab软件联力计算出该系统弯曲光束力学效应的具体数值。其结果表明，该弯曲光束具有光阱或光镊效果，当将微小粒子置于该弯曲光束内，微小粒子会随着弯曲光束运动。通过该仿真可直观有效的帮助学生理解光波导的传光原理，并且有趣的光学现象会增强学生的学习兴趣，激发学生的创新思维。本文结合光纤光学课程的特点，采用软件仿真的实验教学方法，使得学生在通过仿真软件参数设置研究的同时，加深对书本理论知识的理解，并且通过对光纤传光系统的设计，融会贯通光波导相关理论，使学生对光纤光学的实践应用有了进一步的了解，一方面提高学生的独立思考和实践动手能力，另一方面帮助学生了解前沿科学，开拓思维，激励学生独立创新，充分调动学生的学习热情和自主学习能力，有效提高课堂效率。【参考文献】[1]廖延彪.光纤光学[M].清华大学出版社,2013. The Application of Rsoft Software in Fiber Optics TeachingLiu Chunlan, Wei Yong, Su Yudong(School of electronic and information engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing,404120)Abstract: Optics, as a basic subject in the major of science, occupies a very important position in the undergraduate education. In recent years, fiber optics has been introduced into the undergraduate and graduate classes.This paper using Rsoft software for simulation analysis in fiber optics teaching, combining with the characteristics of software and experiment teaching method of software simulation ,transforming arcane knowledge in the optical fiber communication theory into visual image display, intuitive showing optic light characteristic,so as to it can help students to understand and analyze, also it can improve the teaching quality and efficiency.Key words: rsoft; simulation; fiber opticsCopyright©博看网 . All Rights Reserved.

Rsoft软件简介和使用 2

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Rsoft软件简介和使用教程

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