BPM 仿真分析软件 - 国产自主研发光学工程软件系列
软件概述
软件概述
BPM仿真分析软件是GOS通用光学平台的一款光学辅助设计软件，专注于复杂光波导系统的数值建模与性能分析。在光子集成器件领域，光波导承担着光信号导波传输、模式耦合调控、光路开关切换、多通道分束/复用以及解调复原等关键功能，其性能直接影响光子芯片的集成密度与信号处理效率。
本软件基于光束传输法（BPM）构建高精度光场传播模型，支持对任意介电材料波导结构进行多维度模拟。通过非近场数值算法实现光波导模态场分布的动态可视化，可精确分析辐射损耗、导波截止特性及模式色散等关键参数。其创新的场域求解引擎结合自适应网格剖分技术，为光子集成电路（PIC）和光纤光栅等复杂结构的优化设计提供了强有力的理论支撑与工程验证手段。
功能介绍
功能介绍
BPM仿真分析软件基于Windows平台，集成高效光学建模与仿真功能。内置标准化材料折射率库，支持2D/3D动态可视化及灵活波导函数设计，允许Stokes矢量定义偏振输入。无需API即可实现数据自由导入导出，并支持多模态结果编辑处理。采用先进图形引擎，支持一维至三维数据的配色渲染与伪彩/等高线可视化，满足精密计算需求。
核心技术原理
核心技术原理
求解器体系
一、BPM 求解器
BPM 求解器实现光束传播方法。BPM 是一种用于评估波导、光子器件和自由空间中光场演变的主流的模拟技术。事实上光在这些设备中主要沿一个特定的方向传播，如光纤的光轴。因此可以有效地模拟光在大型非均匀结构中的传播，并扩展到数千个波长。基于波导本征模式的输入场分布可以由 BPM 的模式求解器生成。
二、模式求解器
BPM 的模式求解器是一款多功能工具，可用于设计和分析光波导和光子集成电路。在其基本配置中，能以极高的精度计算出任何具有二维折射率分布的波导的本征模及其对应的有效折射率。此外，还可以计算一些主要的波导参数，如弯曲损耗、群延迟、有效模式面积、色散参数和许多其他与波长有关的参数，并结合使用，以生成基于波导本征模的输入场分布。模式求解器基于有限差分法求解电场的本征值矩阵方程，该方程是由半矢量波动方程或全矢量波动方程的有限差分近似得到的。关于场分布的所有解都是在矩形(笛卡尔)网格上矩阵获得的，非常适合高效的可视化和后处理。
三、色散求解器
支持分析波导色散，模拟各种色散特性并归一化为频率或波长的函数，包括有效折射率、归一化传播常数、有效模式面积和模场直径的分析和色散参数、群延迟和差分群时延的分析。
物理模型
一、光源类型
BPM仿真分析软件支持高斯光源与模式光源两种光源类型，前者提供稳定能量分布的理想化光场模型，后者可模拟多模传输特性及空间光场调制功能。
二、光导类型
光导系统涵盖二维/三维结构、均质介质、多模/单模光纤、平面光波导及光栅等核心组件，并集成理想透镜、无厚度偏振片等精密光学元件的参数化建模能力，为光场传播与器件设计提供高精度计算平台。
高级仿真功能
高级仿真功能
支持设置
BPM仿真分析软件提供全面的波导设计与光学传输特性分析功能，支持对波导结构（纤芯、基板、包层）、边界条件及对称性、各向异性与非线性效应的精细化建模，涵盖单/多模光纤设计、多模光纤纤芯分布优化、双折射介质偏振态演化及克尔介质非线性传播分析，并集成复折射率模型以模拟光信号增益/损耗特性，内置标准光学材料数据库以提升仿真效率。
参数扫描和优化问题
BPM仿真分析软件集成原生高度优化算法与基于有限差分法的全矢量和半矢量模式求解器，结合广角光束传播的帕德逼近技术，实现多维度参数扫描与优化。支持自定义波导几何形状、折射率、波长等变量的灵活配置，提供光子器件设计与性能优化的系统性解决方案，覆盖任意类型参数分析需求。
并行计算
使用多核处理器进行并行计算。
