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Rsoft-基本CAD操作

本文轉載自   查看原文   2021-11-17 16:41   118    Rsoft/ 光學

Rsoft-基本CAD操作01

Rsoft模擬流程

  1. 模型建立
    • 幾何結構設計
    • 材料參數設定
    • 參數定義
  2. 模擬
    • 資訊輸出設定
    • 初始條件設定
    • 演算法選項設定
    • 執行模擬
  3. 后處理
    • 輸出結果檢查
    • 資訊后處理與繪圖
    • 重復模擬

PS：使用說明書在安裝目錄下\RSoft\docs，有PDF文檔可以查看

Rsoft 操作流程

IWwlFg.png

全域設定(Global Setting)

點擊空白紙(new circuit),出現startup window窗口(≈Global Settings)

IWBCPe.png

  • Simulation Tool 為模組的選擇，在進行設計過程中可以隨時變化

  • Dimmension 為維度的選擇：

    • Radial Calculation 利用對稱等，將3D模型轉換成2D模型(2.5D)
    • Effective Index Calcution 利用等效折射率的方式將波導的計算轉成2D(2.5D)

  • Global Default Setting 為全局預設

    • Free Space Wavelength 真空波長(≈折射率等於1下的波長≈空氣中的波長≈光源的波長)(單位默認為μm，1μm=1000nm)

    • Background Material 背景未填充部分的折射率，Locally Defined 即折射率由Background Index決定

    • Component Material 其折射率為

      \[Component Index=Background Index+Compunent DeltaN \]

      • 可不采用Index Difference 的方式定義器件的折射率,共有兩種折射率定義方法，如圖(Option->Preference->Units)

        IWyGpF.png

      • 根據自己的材料折射率和尺寸的情況，合理選擇是否選用預設中的Component Index 、Component Width,Height

變數宣告(Edit Symbols)

建議：所有可以參數化的東西，盡量用Symbol代替！！

軟件中的位置：

IWg1tP.png

設置新參數：New Symbol->填寫name與Expression->Accept

  • 自己定義的參數都用大寫開頭

  • 各變量之間可以相互連接

  • name中不要出現"-"用"_"代替 例如：Width_WG

  • 變數可以用在任何輸入數字的空格中

    在空格中可以對變數進行運算 例如：Lambda^2

  • 快速查看Symbol的值及其運算結果

    • 可以在窗口點擊Symbol或表達式
    • 可以按住Ctrl並在空格空白處左鍵雙擊

材料選擇(Edit Materials)

軟件中的位置：

IWf8Ej.png

IWhlz6.png

  • Project Materials 本工程需要用到的材料(將用到的材料均拖動到此目錄下)

  • Rsoft Libraries 系統自帶的材料庫

  • Group LIbraries 自己構建的材料庫，供分享使用

  • 點擊Display 可以觀察到波長與折射率實部虛部的關系圖，以Si為例，見下圖：

    IW4Z1P.png

    • 實部藍線，虛部綠線

  • 點擊Display Options可以自定義X,Y軸，仿真范圍(Range)以及網格間隔（DW/DF），如下圖所示

IW5EE4.png

  • 新增材料

    • Situation 1 改變折射率值找最佳折射率

      1. 點擊new material按鍵

      IWIpIH.png

      1. 新建新材料"UDM01"(user define material 01) 折射率采用Symbol變量N_Sub，可以不斷地改變折射率的值從而找到最佳折射率

      IWoWHU.png

    • Situation 2 根據實驗所需的材料折射率數據新建

      1. 搜索refractive index database

      2. 打開RefractiveIndex RefractiveIndex.INFO - Refractive index database

      3. 以TiO2為例，選擇材料TiO2

        IfAOqf.png

        1. 選擇TXT文件，打開后如下所示,保存到本地

          IfEmi4.png

      • 左邊波長，右邊折射率實部(單位：μm)
      1. 點擊Material Editor界面下的Import NK Data 將數據導入到Rsoft中
      • 使用者將自定義的材料帶入Rsoft CAD時，資料格式不需要表頭，如下所示：

      wavelength1 n1 k1

      wavelength2 n2 k2

      • 若折射率數據不全，可以使用AutoFit進行內插

      IfnkUf.png

      • 使用AutoFit時，要盡量選擇一個有數據的區間進行內插，使數據盡量的圓滑

      • 當不想讓自己的Material跟着文件走可以采用fit的方式

        1. 勾選Dispersive
        2. 點擊Fit NK Data
        3. 選擇txt文件，輸入所要fit的范圍
        4. 得到fit的結果，點擊Accept Fit

        IfyeKJ.png

  • 材料編輯器還可以用於：

    • 色散(Dispersion)
    • 各向異性(Anisotropy)
    • 非線性(Non-linear)
    • 磁性(Mu)
    • 電光、熱光、電力效應
    • 半導體摻雜特性

結構設計(Components Property)

  • 2D的模型出了熒幕的部分都是無線延伸的

基本結構建立

  • 利用鼠標進行簡易的拖拉繪圖

    • 起始端(Starting Vertex)開始
    • 結束端(Ending Vertex)

  • 幾何定義如下

    I4fAFH.png

I4flTg.png

I4h3DK.png

  • 3D Structure Type 用於定義三維結構的截面—可根據使用需求選擇選擇不同截面類型

  • Index Profile Type 用於定義結構的折射率分布，定義折射率的分布方式，例如：Step,Diffused,Gaussian

  • Combine Mode 當兩元件重疊時，折射率的計算，直接相加（Add）或以MP考量

  • Merge Priority 重復優先度，折射率參考的優先順序

  • Display Color 顏色顯示

  • Seg Orientation 元件參考坐標

  • Material Properties

    • 若已經提前准備好的材料，下面的Index(real part&imag part)會變成灰色，不能修改，
    • 若選擇Locally Defined，首尾的折射率可以不一樣

  • Component Width 是指X方向上的長度

  • Component Height 是指Y方向上的長度

  • Z方向是長，可用Offset來設定

3D Structure Type

  • 三維元件設計方法類似於二維元件
    • Y方向坐標設定
    • 高度（Height）設定
    • 3D Structure Type 設定
  • Fiber和Channel結構有不同的截面供使用者設計

IoWhgs.png

Index Ptofile

  • 折射率分布可以由Profile進行定義
    • 內建公式
    • 使用者自定義公式
    • 資料檔輸入
  • 定義：

\[n(r)=n0+\Delta nf(x,y,z) \]

  • 內建公式：階躍式（Step）
    • 預設折射率變化方式
    • 以Step Function 定義
  • 內建公式：高斯式（Gaussian）

Io44vd.png

  • 內建公式：擴散式（Diffused）

Io4IKA.png

Io4oDI.png

Merge Priority

  • 復合元件通常利用多個元件組合而成

  • 當多個元件重疊時，優先度（Priority）可決定折射率計算方式：

    • 所有元件預設值為0
    • 優先度相同時，折射率大的元件為主要元件
    • 優先度不相同，優先度高的元件的折射率會被計算

    IoI3T0.png

Seg Orientation

  • 由設定不同的參考方式，可定義元件傾斜參數

    • 下圖左為（Z-axis）,可觀察到width垂直於Z軸
    • 下圖右為（Segment-Aixs）或（Extend），可觀察width垂直於元件的軸向

    IHjzB6.png

Taper

  • 定義
    • 當原件的起始點（Starting Vertex）於結束點（Ending Vertex）的特性不同時，可利用Taper定義其漸變的方式
      • 支持參數：XYZ位置、折射率、寬度、高度
    • Taper支持下列定義方式
      • 內建函數（Linear、Exponential）
      • 自定義函數
      • 匯入資料

Offset

  • 元件位置決定於起點於終點的坐標
  • 坐標可由下列三種方式決定：
    • None:直接輸入數值或參數
    • Offset:針對元件端點設定固定偏移
    • Angle:針對元件端點設定固定角度

折射率分布(Material Profiles)

軟件中位置:

I4vWuD.png

  • 元件幾何結構設計完成后，必須確認折射率分布是否正確

  • 點擊Compute Material Profile 進入參數設定窗口

I4xkKU.png

I4vH8P.png

  • 圖中紫色的邊框即為Domian
  • Display Mode檢查哪一個橫截面

I59z9A.png

  • 修改Domain的最大最小值，可以得到新的邊界，如圖所示，其中Grid Size為顯示的實際網格切分大小，Slice Grid為顯示的網格切分大小：

I4xYad.png

I4xyZQ.png

  • 結果圖如下所示

I5CUjx.png

復制單位結構的方法

方法一：

  1. 將要復制的結構存為“Unit.ind”
  2. 再打開新的平面，點擊Circuit Reference

I4L4fK.png

  1. 打開所創建的Unit.ind單元，點擊Lattice info選擇排列的格式，周期即為間隔，Size即為重復個數

I4OuX4.png

  1. 可以在圖像上點擊兩下，進入Unit對單元的結構進行修改從而可對此模型進行修改(聯動)
  2. 也可以將參數進行連接，即右鍵點擊unit單元，選擇Local Symbols 創建新的參數，例如下圖，即可在大的模型中Symbol中通過Theta修改每個單元的Theta

I4jAzT.png

方法二：

  • Rsoft CAD 內建三種陣列輸出工具：
    • Array:產生周期性陣列
    • Grating:產生光柵陣列
    • AWG：產生Arrayed Waveguide Grating 陣列
  • 陣列輸出工具會自動產生相關的Symbol，供使用者進行修改


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