Rsoft-基本CAD操作

Rsoft-基本CAD操作01

Rsoft模拟流程

  1. 模型建立
    • 几何结构设计
    • 材料参数设定
    • 参数定义
  2. 模拟
    • 资讯输出设定
    • 初始条件设定
    • 演算法选项设定
    • 执行模拟
  3. 后处理
    • 输出结果检查
    • 资讯后处理与绘图
    • 重复模拟

PS：使用说明书在安装目录下\RSoft\docs，有PDF文档可以查看

Rsoft 操作流程

IWwlFg.png

全域设定(Global Setting)

点击空白纸(new circuit),出现startup window窗口(≈Global Settings)

IWBCPe.png

  • Simulation Tool 为模组的选择，在进行设计过程中可以随时变化

  • Dimmension 为维度的选择：

    • Radial Calculation 利用对称等，将3D模型转换成2D模型(2.5D)
    • Effective Index Calcution 利用等效折射率的方式将波导的计算转成2D(2.5D)

  • Global Default Setting 为全局预设

    • Free Space Wavelength 真空波长(≈折射率等于1下的波长≈空气中的波长≈光源的波长)(单位默认为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决定

    • Component Material 其折射率为
      $$
      Component Index=Background Index+Compunent DeltaN
      $$

      • 可不采用Index Difference 的方式定义器件的折射率,共有两种折射率定义方法，如图(Option->Preference->Units)

        IWyGpF.png

      • 根据自己的材料折射率和尺寸的情况，合理选择是否选用预设中的Component Index 、Component Width,Height

变数宣告(Edit Symbols)

建议：所有可以参数化的东西，尽量用Symbol代替！！

软件中的位置：

IWg1tP.png

设置新参数：New Symbol->填写name与Expression->Accept

  • 自己定义的参数都用大写开头

  • 各变量之间可以相互连接

  • name中不要出现"-"用"_"代替 例如：Width_WG

  • 变数可以用在任何输入数字的空格中

    在空格中可以对变数进行运算 例如：Lambda^2

  • 快速查看Symbol的值及其运算结果

    • 可以在窗口点击Symbol或表达式
    • 可以按住Ctrl并在空格空白处左键双击

材料选择(Edit Materials)

软件中的位置：

IWf8Ej.png

IWhlz6.png

  • Project Materials 本工程需要用到的材料(将用到的材料均拖动到此目录下)

  • Rsoft Libraries 系统自带的材料库

  • Group LIbraries 自己构建的材料库，供分享使用

  • 点击Display 可以观察到波长与折射率实部虚部的关系图，以Si为例，见下图：

    IW4Z1P.png

    • 实部蓝线，虚部绿线

  • 点击Display Options可以自定义X,Y轴，仿真范围(Range)以及网格间隔（DW/DF），如下图所示

IW5EE4.png

  • 新增材料

    • Situation 1 改变折射率值找最佳折射率

      1. 点击new material按键

      IWIpIH.png

      1. 新建新材料"UDM01"(user define material 01) 折射率采用Symbol变量N_Sub，可以不断地改变折射率的值从而找到最佳折射率

      IWoWHU.png

    • Situation 2 根据实验所需的材料折射率数据新建

      1. 搜索refractive index database

      2. 打开RefractiveIndex RefractiveIndex.INFO - Refractive index database

      3. 以TiO2为例，选择材料TiO2

        IfAOqf.png

        1. 选择TXT文件，打开后如下所示,保存到本地

          IfEmi4.png

      • 左边波长，右边折射率实部(单位：μm)
      1. 点击Material Editor界面下的Import NK Data 将数据导入到Rsoft中
      • 使用者将自定义的材料带入Rsoft CAD时，资料格式不需要表头，如下所示：

      wavelength1 n1 k1

      wavelength2 n2 k2

      • 若折射率数据不全，可以使用AutoFit进行内插

      IfnkUf.png

      • 使用AutoFit时，要尽量选择一个有数据的区间进行内插，使数据尽量的圆滑

      • 当不想让自己的Material跟着文件走可以采用fit的方式

        1. 勾选Dispersive
        2. 点击Fit NK Data
        3. 选择txt文件，输入所要fit的范围
        4. 得到fit的结果，点击Accept Fit

        IfyeKJ.png

  • 材料编辑器还可以用于：

    • 色散(Dispersion)
    • 各向异性(Anisotropy)
    • 非线性(Non-linear)
    • 磁性(Mu)
    • 电光、热光、电力效应
    • 半导体掺杂特性

结构设计(Components Property)

  • 2D的模型出了荧幕的部分都是无线延伸的

基本结构建立

  • 利用鼠标进行简易的拖拉绘图

    • 起始端(Starting Vertex)开始
    • 结束端(Ending Vertex)

  • 几何定义如下

    I4fAFH.png

I4flTg.png

I4h3DK.png

  • 3D Structure Type 用于定义三维结构的截面—可根据使用需求选择选择不同截面类型

  • Index Profile Type 用于定义结构的折射率分布，定义折射率的分布方式，例如：Step,Diffused,Gaussian

  • Combine Mode 当两元件重叠时，折射率的计算，直接相加（Add）或以MP考量

  • Merge Priority 重复优先度，折射率参考的优先顺序

  • Display Color 颜色显示

  • Seg Orientation 元件参考坐标

  • Material Properties

    • 若已经提前准备好的材料，下面的Index(real part&imag part)会变成灰色，不能修改，
    • 若选择Locally Defined，首尾的折射率可以不一样

  • Component Width 是指X方向上的长度

  • Component Height 是指Y方向上的长度

  • Z方向是长，可用Offset来设定

3D Structure Type

  • 三维元件设计方法类似于二维元件
    • Y方向坐标设定
    • 高度（Height）设定
    • 3D Structure Type 设定
  • Fiber和Channel结构有不同的截面供使用者设计

IoWhgs.png

Index Ptofile

  • 折射率分布可以由Profile进行定义
    • 内建公式
    • 使用者自定义公式
    • 资料档输入
  • 定义：

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

  • 内建公式：阶跃式（Step）
    • 预设折射率变化方式
    • 以Step Function 定义
  • 内建公式：高斯式（Gaussian）

Io44vd.png

  • 内建公式：扩散式（Diffused）

Io4IKA.png

Io4oDI.png

Merge Priority

  • 复合元件通常利用多个元件组合而成

  • 当多个元件重叠时，优先度（Priority）可决定折射率计算方式：

    • 所有元件预设值为0
    • 优先度相同时，折射率大的元件为主要元件
    • 优先度不相同，优先度高的元件的折射率会被计算

    IoI3T0.png

Seg Orientation

  • 由设定不同的参考方式，可定义元件倾斜参数

    • 下图左为（Z-axis）,可观察到width垂直于Z轴
    • 下图右为（Segment-Aixs）或（Extend），可观察width垂直于元件的轴向

    IHjzB6.png

Taper

  • 定义
    • 当原件的起始点（Starting Vertex）于结束点（Ending Vertex）的特性不同时，可利用Taper定义其渐变的方式
      • 支持参数：XYZ位置、折射率、宽度、高度
    • Taper支持下列定义方式
      • 内建函数（Linear、Exponential）
      • 自定义函数
      • 汇入资料

Offset

  • 元件位置决定于起点于终点的坐标
  • 坐标可由下列三种方式决定：
    • None:直接输入数值或参数
    • Offset:针对元件端点设定固定偏移
    • Angle:针对元件端点设定固定角度

折射率分布(Material Profiles)

软件中位置:

I4vWuD.png

  • 元件几何结构设计完成后，必须确认折射率分布是否正确

  • 点击Compute Material Profile 进入参数设定窗口

I4xkKU.png

I4vH8P.png

  • 图中紫色的边框即为Domian
  • Display Mode检查哪一个横截面

I59z9A.png

  • 修改Domain的最大最小值，可以得到新的边界，如图所示，其中Grid Size为显示的实际网格切分大小，Slice Grid为显示的网格切分大小：

I4xYad.png

I4xyZQ.png

  • 结果图如下所示

I5CUjx.png

复制单位结构的方法

方法一：

  1. 将要复制的结构存为“Unit.ind”
  2. 再打开新的平面，点击Circuit Reference

I4L4fK.png

  1. 打开所创建的Unit.ind单元，点击Lattice info选择排列的格式，周期即为间隔，Size即为重复个数

I4OuX4.png

  1. 可以在图像上点击两下，进入Unit对单元的结构进行修改从而可对此模型进行修改(联动)
  2. 也可以将参数进行连接，即右键点击unit单元，选择Local Symbols 创建新的参数，例如下图，即可在大的模型中Symbol中通过Theta修改每个单元的Theta

I4jAzT.png

方法二：

  • Rsoft CAD 内建三种阵列输出工具：
    • Array:产生周期性阵列
    • Grating:产生光栅阵列
    • AWG：产生Arrayed Waveguide Grating 阵列
  • 阵列输出工具会自动产生相关的Symbol，供使用者进行修改
Rsoft光学

相关

开发了套三维光学扫描仪，可以技术转让

标签