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OptiWave软件是一款用于光波导和光纤仿真的专用软件，简单易用，功能强大，速度快。

Optiwave是光通信和微光领域的领先供应商。 公司总部位于加拿大渥太华，分销网络覆盖美洲、欧洲和亚洲。 Optiwave软件作为行业标准，被世界500强企业、高校、政府科研机构和重点实验室广泛采用。

OptiWave 软件包括以下模块：

(1) OptiSystem：光通信网络系统、FTTH应用系统、CATV设计、PON SONET/SDH环路设计和光放大器设计。

(2) OptiBPM：通道波导、肋或脊波导、埋入式波导或扩散波导。 最适合设计分离器、组合器、耦合波导、调制器和多路复用器。

（3）OptiSPICE：从激光驱动器到跨阻放大器、光纤连接器和电子均衡器等光电电路的关键部件，在晶体管级进行光电集成设计和仿真。

(4) OptiFiber：设计单模和多模光纤，在设计过程中考虑光纤的衰减、弯曲损耗、色散、模式测量、双折射和偏振模色散（PMD）特性。

(5) OptiFDTD：金属纳米材料、光子带隙材料与器件、微光环路滤波器与谐振腔、基于光栅的波导结构。

(6) OptiGrating：光纤光栅和平面波导光栅的设计。 应用之一是各种温度和压力光栅传感器。 具有强大的逆向分析模块。

1. 优化系统

OptiSystem 光通信系统和放大器设计软件

软件概览

成本和生产力是公司成功的重要条件，一流的 OptiSystem 软件可以最大限度地减少时间成本，并降低光学系统、链路和组件设计的相关成本。 OptiSystem 是一款创新、更新迅速且功能强大的软件工具，可以帮助用户完成设计、测试和仿真。 可以完成光通信系统传输层的设计和从元器件到系统层的规划，直观的呈现和分析并提供解决方案。

优势：

应用：

OptiSystem 可以帮助用户进行规划、测试和仿真（包括时域和频域）：

“随着光学系统变得越来越复杂，研究人员和工程师必须采用先进的软件仿真技术在他们的设计中获得重要的帮助。OptiSystem 的强大功能和灵活性促进了有效和高效的光电设计。”

主要功能

(1) 组件库

OptiSystem组件库包含数百个组件，并与来自不同供应商的测试和测量设备集成，允许用户从设备输入测量数据来模拟真实组件。 用户可以基于子系统或用户定义库中的新元素，或使用第三方工具（如 MATLAB 或 SPICE）执行联合仿真。

(2) 与 Optiwave 软件工具集成

OptiSystem 允许用户使用指定的 Optiwave 工具在组件和环路级别进行集成和光纤通信：OptiSPICE、OptiBPM、OptiGrating 和 OptiFiber。

(3) 混合信号表征

OptiSystem 处理组件库中光电信号的混合信号格式。 OptiSystem 根据所需的仿真精度和效率使用适当的算法计算信号。

(4) 质量和性能算法

为了预测系统的性能，OptiSystem 使用数值分析或半分析技术来计算系统的参数，例如 BER 或 Q 参数。

(5) 高级可视化工具

用户可以使用高级可视化工具生成 OSA 频谱、信号线性调频、可视化视图、偏振状态、星座图等。还包括 WDM 分析工具，例如信号功率列表、增益、噪声图和每个通道的 OSNR。

(6) 数据监控

仿真完成后，用户可以选择组件端口保存数据和连接监视器。 仿真完成后，用户可以直接对数据进行处理，无需重新计算。 用户可以将任意数量的可视化器连接到同一端口上的监视器。

(7) 子系统分层仿真

为了给用户提供有效灵活的仿真工具，OptiSystem为用户提供了不同抽象层次的模型，包括系统、子系统和组件层次。 OptiSystem 组件的功能和系统真正的分层定义使仿真结果能够像预期的那样准确。

(8) 强大的VB语言

用户可以使用标准的VB语言输入参数的数学表达式并创建全局参数以在组件和子系统之间共享。 脚本语言还可以控制和操作 OptiSystem，包括计算、创建输出和后处理。

(9) 最先进的计算数据流

基于选定的数据流模型，计算调制器通过确定元素模块的执行顺序来控制模拟。 传输层仿真的主要数据流是元素迭代数据流（CTDF）。 CTDF 主要使用运行时调度、匹配条件、数据相关迭代和真循环。

（十）报告记录

完整的自定义报告记录允许用户显示设计中的任何参数集和获得的结果。 生成的报告可以组织成可调整大小和可移动的电子表格、文本、2D 和 3D 图形。 还可以使用预先格式化的模板导出 HTML 和报告布局。

(11) 物料清单

OptiSystem 为用户提供系统成本分析表，由系统、布局和组件设计和准备。 成本数据可以导入到其他应用程序或表格中。

(12) 多种布局

用户可以使用同一个项目文件创建多个设计，这允许用户快速高效地创建和修改他们的设计。 每个 OptiSystem 项目文件都可以包含多个设计版本。 设计版本独立计算和修改，但不同版本的计算结果可以合并进行设计比较。

特征

OptiSystem 为光通信设计工程师提供最全面的光通信和光电设计套件。 其主要特点如下：

(1) 变送器库

OptiSystem 的信号发射器库包含各种光源（Fabry-Perot、DFB、VCSEL）、电信号和光信号脉冲发生器、光调制器（EA、MZ）、电调制器和编码器（QAM、PAM、FSK、OFDM）和多模信号发生器（Laguerre-Gaussian、Hermite-Gaussian）。

设计人员可以选择基于物理或基于测量（实验）的模型来模拟半导体激光器的静态和动态行为。 基于物理的模型包括 1D 和 2D 多模激光速率方程，使工程师能够在大多数激光速率模型和传输线性矩阵方法 (TLMM) 之间切换。

(2)接收库

接收器库包含准确建模光通信接收器子系统所需的所有构建块。 组件包括再生器（时钟/数据恢复、3R）、电子均衡器、阈值检测器、PSK/QAM 调制决策电路、PIN 和 APD 光电检测器、编码器（PAM、QAM、PSK 等）、数字信号处理 (DSP) 工具集，用于单极化和双极化相干 PSK 和 QAM 系统。

(3) 光纤

先进的、高度参数化的光纤模型可用于描述单模/多模信号传输，包括线性（色散）、随机（PMD）和非线性损伤（四波混频、自相位调制和交叉相位调制）。 使用 OptiSystem 中的双向光纤组件可以模拟和测量瑞利、布里渊和拉曼散射效应。

(4)放大器

提供一套完整的稳态和动态光放大器模型，包括用于详细物理光纤放大器设计的高级掺杂光学模型（Er、Er多模、Er-Yb、Yb、Yb多模、Tm、Pr）； 用于WDM网络系统设计的EDFA和EDFA黑盒（增益谱、噪声图测量）； 动态和平均拉曼模型； 一维/二维半导体光放大器模型（集总速率方程、行波、TLMM）。 电域放大器也用于接收器设计（互阻、自动增益控制和限幅放大器应用）。

(5) 网络部署工具

网络部署工具包括用于光开关、多路复用器、多路分解器、阵列波导、光纤连接器和 PMD 模拟器的理想和非理想模型。

(6)过滤器

用于子系统和系统设计仿真的各种电光滤波器，包括标准滤波器函数（贝塞尔、高斯、RC、升余弦等）、数字 IIP/FIP 滤波器、周期性滤波器、反射/光纤布拉格滤波器、测量滤波器、S 参数和声光滤波器。

(7) 无源元件

大量光电无源元件可用于构建种类繁多的元件和设计子系统。 光学元件包括衰减器、耦合器、分束器和组合器、偏振控制器、反射镜、抽头、隔离器和环行器。 电气元件包括 180° 和 90° 混合耦合器、直流阻断器、功率分配器和组合器以及射频传输线。

提供给用户的模型使设计人员能够使用测量数据来描述设备传递函数，包括小信号散射矩阵和琼斯矩阵。

(8) 信号处理

信号处理工具用于处理光信号、电信号和二进制信号。 它的功能和运算符包括偏置发生器、增益、信号加法器、减法器和修改器、电微分器和积分器、下采样、串并和并串转换器、电触发器和电/二进制逻辑运算符。

(9) 空间和自由空间光设计工具

OptiSystem 具有用于建模自由空间光通道（无线特征、大气传输）和设备之间的多模信号耦合（多模发生器、空间连接器、薄透镜、空间可视化器）的空间分析的专用组件。

(10) 可视化工具

可视化和仿真后分析工具包括 BER 测试系列和分析仪、视觉视图分析仪、频谱分析仪、功率分析仪、示波器、光时域预览器、功率分析仪、偏振分析仪、空间观测器、环通量、DMD 分析仪、全光参数分析仪、滤波器分析仪和 S 参数提取器。

(11) 优化器

OptiPerfomer 是一款免费的光通信系统可视化工具，可利用 OptiSystem 的全部功能。 使用 OptiPerfomer 创建指定的动态设计案例，以增强他们对光电元件和系统设计权衡的理解。

OptiPerfomer 用户不需要 OptiSystem 软件，并且在某种程度上不需要技术技能来使用其全部功能。

2.OptiSPICE

OptiSPICE 光电电路设计软件

概述

OptiSPICE 是第一个用于分析包含光电元件相互作用的集成电路的电路设计软件。 它允许在晶体管级设计和模拟光电电路，从激光驱动器到跨阻放大器、光连接器和电子均衡器。 随着光电元件在芯片和集成板上的集成，为设计工程师提供可靠的仿真程序以准确高效地预测光电集成电路和集成板的信号行为显得尤为重要。 OptiSPICE 为光电电路提供了自洽的解决方案，其中包括光电电路两部分的反馈。 OptiSPICE 是一个完全集成的平台，包括参数提取、图形捕获、环路仿真和波形分析。

优势

■通过OptiSPICE完善的设计环境在仿真平台上对光电电路进行仿真，可以大大降低产品开发成本，提高生产效率。

■ 运行最先进的瞬态时域、小信号频率和噪声分析仪以准确预测先进的光电电路行为。

■ OptiSPICE 图表在直观的图形用户界面上提供直接的图表输入。 提供图形捕捉、参数定义、波形检测和使用。

■波形分析采用OptiSystem复杂的数据处理功能。 高级查看工具用于生成 OSA 光谱、信号线性调频、可见视图、偏振状态、星座图等。

■ 用于创建OptiSPICE 模型的参数提取工具。 基于测量数据，参数提取器找到用于拟合测量的最佳 OptiSPICE 模型参数设置。

应用

■ 设计模拟晶体管级别的光电电路，从激光驱动器到互阻放大器、光连接器和电子均衡器。

■光电电路信号完整性分析，包括BER模式的可视化视图分析。

原理图编辑器

■ 集成的组件符号编辑器使您能够使用标准绘图工具为组件或分层块创建自定义符号。

■ 全面支持分层设计，层数不限。 绘图中的任何符号都可以包含任何大小的其他绘图。 块可以嵌套到任何需要的深度。 可以随时打开任意数量的分层块进行编辑。

■ OptiSPICE Graphics 包括一个强大的用户报告生成器工具信号隔离器符号，用于生成网表和文本报告。 报告格式由包含格式命令和常量文本的“表格文件”定义。 表格文件允许您控制：所有报告结构，例如信号或组件布线格式、组件材料列表等。

■ OptiSPICE 包括一些强大的脚本和定制技术，允许全面访问所有设计数据和每个设计功能。

■图形编辑器可以将图表保存为标准的PDF、WMF（windows图元文件）和DXF（autoCAD）图像格式。 此功能可以帮助用户将图像放入其他软件中进行绘画、增强或组合到其他文件中。

■生成OptiSPICE 或HSPICE 兼容网表。

模拟器

■ OptiSPICE仿真器直接将方程式光学元件纳入电学仿真结构中，是一款单引擎的光电仿真软件。

■ 包括用于模拟组件热行为的热宏模型。 用户可以将其纳入光电仿真中，以提高仿真结果的可靠性。

■支持二极管、晶体管、BJT、MOSFET等各种电路元件，以及激光二极管、光纤、光电二极管等光学元件。

■能够处理集成光学器件、多光通道(WDM) 和多模信号。

■先进的数值技术具有突出的收敛特性。 高级求解器自动选择最佳收敛算法以实现可靠的瞬态仿真收敛。

■ 有源和无源器件模型与行业HSPICE 标准兼容。 用户可以轻松地将以 HSPICE 格式编写的外部模型和网表导入 OptiSPICE。

■支持BSIM3模型的精确仿真。

■提供不同频率相关模型的精确运算，包括S参数、极点/留数表达式和传输线模型。

波形分析

■ OptiSPICE Waveform Preview 是一种后仿真分析工具，允许设计人员从OptiSPICE 环路设计中的任何探头位置预览光电信号数据。

■ 2D 可视化功能包括双向（时域）电流分析、电压分析以及光功率、放大率和相位测量。

■ 按钮激活控件允许设计人员将相同的探头数据自动导入OptiSystem 的高级后处理环境以进行进一步分析（包括可视化和频谱可视化、BER 和Q 因子测量）。

参数提取

■激光参数提取器允许用户通过从激光的静态和动态测量中提取和拟合参数来建立模型。

■ 滤波器参数提取器允许用户将S 参数转换为紧凑高效的极点/留数表达式。

■ 多模光纤参数提取器包括一个光纤模式求解器，允许用户根据用户定义的折射率分布生成光纤库。

3.OptiFDTD

OptiFDTD 时域有限差分设计软件

概述

OptiFDTD 使用户能够针对波传输、散射、反射、衍射、偏振和非线性现象设计、分析和测试现代无源和非线性光子元件。 OptiFDTD 的核心程序基于具有二阶数值精度的时域有限差分算法和最先进的边界条件——单轴完美匹配层 (UPML) 边界条件。 该算法利用麦克斯韦旋度方程的全矢量微分形式求解时空域的电场和磁场。 该解决方案允许对任意几何形状进行建模和放置，而不受设备材料属性的限制。

通过缩短上市时间，OptiFDTD 极大地提高了设计工程师的工作效率。 通过与其他 Optiwave 光子设计自动化软件集成，可以更快地获得投资回报。

应用

■介质和金属光栅

■CMOS传感器设计

■ VCSEL激光无源器件设计

■光子晶体

■集成光学

■ 光学滤波器和谐振器

■太阳能电池

■LED和OLED被动器件设计

■纳米光刻

■等离子

■表面等离子体共振

■纳米粒子模拟

■衍射微光学元件

■体积散射模拟

主要特点

综合仿真环境

OptiFDTD 为用户提供完整且用户友好的 3D GUI，用于设计、模拟和分析复杂设备。 OptiFDTD可以方便的导入导出第三方CAD软件的设计文件，如DXF格式、GDSII格式等。 为扩大仿真范围，OptiFDTD与OptiBPM的交互应用仅需OptiFDTD即可轻松实现。

强大的自动化和参数扫描

OptiFDTD 的设计和仿真可以通过使用强大的 Visual Basic 脚本语言实现完全自动化。 该语言易于学习，并提供标准的编程结构，例如对象、循环和测试。 参数扫描提供了一个易于使用的用户界面，用于定义每次迭代更改一个或两个参数的参数化模拟。 OptiFDTD 的后处理工具可以利用自动化功能，帮助用户优化设计。

光子晶体平面波展开能带求解器

2D PWE 波段求解器和光子晶体编辑器的完全集成可以帮助用户设计和模拟任何类型的光子晶体问题（1D、2D、3D）。 PWE 频带求解器可以通过扫描简约布里渊区的波矢空间来找到结构的特征频率。 最后在生成的能带图中自动绘制出带隙。

准确的并行功能

OptiFDTD 充分利用了现代计算器的 64 位操作系统和处理器。 通过共享内存，可以在单机上进行多核、多处理器的优化运算，提供最佳的计算性能，占用最少的内存（相对于MPI等分布式内存结构）。 对于内存密集型模拟，用户可以使用我们的 Linux 3D 模拟引擎信号隔离器符号，该引擎专为充分利用 Linux 计算机集群而设计。

高级仿真后处理工具

OptiFDTD 提供了大量的仿真分析工具。 使用OptiFDTD分析仪，用户可以通过检波器在时域和频域（使用FFT或DFT）观察任意场方向的幅值、相位、实部或虚部值。 所有数据都可以导出，供第三方软件工具（如 MatlabTM 或 OriginTM）进一步处理或应用。

同样，可以以动态方式观察时间场的演变。 通过使用 OptiFDTD Analyzer 和 OptiFDTD Toolbox，可以获得极化功率分布、Poynting 矢量、重叠积分（overlapintegrals）、热吸收计算和远场变换。

功能概览

光源：

■使用 OptiMode 的波导模式输入

■平面波和高斯光源输入

■点光源（偶极子）

■单波长（连续）光源和脉冲光源

■线偏光或圆偏光光源

■多光源同时模拟

材料：

■介电（有损和无损）材料，(n,k)直接引入或玻璃的Sellmeier模型

■各向同性或各向异性介质

■ 色散（Lorentz、Drude 和 Lorentz-Drude）

■理想导体材料和广义材料库

边界条件：

■ 单轴完美匹配层 (UPML)

■完美电导体（PEC）

■完美磁导体（PMC）

■完美边界条件（PBC）

几何学：

■ 直和斜锥形功能波导

■环形、弧形、圆形和椭圆锥形波导

■ 抛物线和指数锥形波导

■ 3D剪切函数形状

■光子晶格编辑器

■导入第三方CAD设计软件

■出口光刻掩模

模拟器：

■2D TM 或 TE 和 3D 模拟

■不一致的啮合

■光子晶体PWE带宽求解器

■ 全64位模拟器，多线引擎

■计算机集群：Linux 集群上的混合多线程/MPI 引擎

探测器和后处理：

■点检测器（时间和频谱）

■线和面检测器（DFT 光谱）

■模式分析

■ Poynting 矢量和极化功率分析

■远场变换

■ 文本、图像或动态字段导出

4.OPtiBPM

OptiBPM 波导光学设计软件

概述

OptiBPM 是一种计算机辅助设计软件工具，能够设计复杂的光波导，以在光电设备中引导、耦合、切换、分离、复用和解复用光信号。

OptiBPM 基于光束传输方法来模拟光通过任意波导介质（各向同性和各向异性）的通道。 使用 OptiBPM，用户可以观察近场分布，同时检测辐射和引导场。 OptiBPM 可以提高设计工程师在波导器件设计中的效率，降低风险并降低总体成本。

应用

对基板上的波导集成进行建模，包括通道波导、肋形或脊形波导、埋入式波导或扩散波导。

设计分束器、合成器、耦合器、调制器、多路复用器和 AWGS。

设计基于设备的光学器件。

主要特性和功能

(1) 集成环境

OptiBPM 能够将通道、光纤和扩散波导组合到一个设计中。 简单的菜单选项允许对设计进行 2D 或 3D 模拟。 OptiBPM 的集成提供了从波导到系统或子系统级仿真的连续性。 在 OptiFDTD 和流行的光线追踪工具之间转换复杂的现场数据使 OptiBPM 设计人员能够结合自由空间光学。

(2) 波导形状

可以使用许多波导形状，包括：线性、弯曲、锥形（线性、抛物线和指数）和 S 弯曲（弯曲、正弦和余弦）。

波导是完全参数化的，因此可以使用简单的表达式来控制波导位置和所有其他波导属性。 用户定义的波导可以在单个设计中创建和使用任意形状的波导。 这些自定义波导的形状可以通过其路径或通过定义波导的上臂和下臂来定义。 可以通过输入标准函数的单个变量来描述任意波导形状。

可以使用鼠标点击或 VB 脚本语言创建和放置波导。 波导宽度可以是锥形的，其长度在 xz 轴上，高度在 y 轴上。 波导厚度可以是锥形的，通道波导可以是线性锥形的，光纤可以是线性或对称锥形的。

(3) 从 AutoCAD DXF 和 GDSII 文件格式导入

OptiBPM 支持导入和导出这些标准掩模设计格式。 一旦用户在 OptiBPM 中完成了波导电路的设计和仿真，优化后的设计可以导出为掩模进行处理。

(4) 纤维矢量和 LP 模式求解器

基于网格的模式求解器在计算纤维时具有不可接受的局限性。 光纤芯的远场大小小于网格模拟中产生的误差大小。 对于长距离传输，那些小场还是很重要的。 OptiBPM 有一个多层光纤模式求解器，它使用变换矩阵技术而不是网格来模拟 LP 和光纤矢量模式。 可以准确评估许多数量级的场。

(5) 高级优化算法

一个好的设计可以从物理角度和基本设计原则的知识中获得。 寻找最佳设计通常涉及冗长的逐步优化。 OptiBPM 有一个优化算法，可以自动完成这个优化过程。 OptiBPM 使用完善的算法，例如用于一维优化的全局搜索、用于多维搜索的单纯形法或方向集法。

(6) 大规模光路分析

BPM技术是在微观层面上使用的（特别是最小距离约为0.1um），但另一方面，光电电路可以占据整个晶圆（尺寸：10cm）。 成功的分析需要将基本的低光技术与更抽象或系统级的方法结合使用。 OptiBPM具有分散数据的特性，可以得到任意设备的变换矩阵。 一旦以这种方式表征，设备（整个光学电路设计中的部分）就可以上传到 OptiSystem。 作为光学系统一部分的光学电路分析非常高效，可实现先进的光电电路设计，例如晶格滤波器、梳状滤波器、环形耦合谐振器和 AWG。

(7) 电光仿真

OptiBPM 能够模拟线性电光效应（Pockets 效应）。 用户可以构建任何形状的电极并将它们添加到设计中。 OptiBPM 将计算横向平面中的静态（后者射频）电场，并计算由电光效应改变的光传输。

(8) 优化模式

OptiMode 是用于波导模态分析的完整软件套件，这是光学元件设计中的首要任务。 任意波导可以使用许多数值算法进行分析，并且可以包括不同的分析顺序，例如：标量、半实例、全矢量、电场、磁场、各向同性和各向异性。 波导设计可以参数化和优化。 可以使用 VB 脚本语言在 OptiBPM 或 OptiFDTD 中创建复杂的波导（例如光子晶体）。 由于 OptiMode、OptiBPM 和 OptiFDTD 共享相同的设计器配置文件，因此可以在它们之间复制配置和材料（通过简单的拖放）。 模拟数据的后处理和审查可以作为 OptiMode Analyzer 执行。

5. 光纤

概述

给定光通信系统的优化设计与光纤参数的选择直接相关。 光纤横截面的尺寸、材料成分和折射率分布都会影响重要的线性和非线性现象。 OptiFiber 使用数值模型求解器和其他专用模型来计算光的色散、损耗和双折射以及 PMD。

主要功能及应用

6. 光栅

概述

作为过去十年的行业标准，OptiGrating 为行业提供了功能强大且用户友好的设计软件，用于模拟包含光栅的集成和光纤设备。 OptiGrating 使用耦合模式方法模拟光，并能够分析和合成光栅。

一个复杂的栅格可以通过一系列一致的片段来近似，通过众所周知的变换矩阵方法连接起来进行分析。 这为设计人员提供了测试和优化光栅设计所需的信息。

应用

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