RSoft | 光纤布拉格光栅（FBG）基础仿真流程
一些关于 RSoft的光纤布拉格光栅基础建模与仿真流程
光纤布拉格光栅基础仿真流程
在课程设计过程中，由于要使用 RSoft 仿真软件来进行实验，然而实验指导手册可能由于较为远古且跟不上版本等原因，导致漏洞和细节较多，对仿真软件的学习造成了很大阻碍，因此，在大概摸索了一番后，根据自己的仿真流程撰写如下教程，可能还有些许漏洞，如发现 BUG 烦请告知我，谢谢！
1.1 全局设置
安装并打开 RSoft 仿真软件后，点击左上角 File 选项卡中的 New… 创建新项目，此时弹出 Startup Windows 进行全局设置（如图 1 所示）。根据需要，我们将 Free Space Wavelength，即自由空间波长设置为 1.502μm（RSoft 仿真软件中长度单位均默认为 μm），将 Background Index，即背景折射率设置为 1.45μm。默认纤芯直径 1μm，在 2 维下进行仿真。
1.2 创建全局变量
进入仿真界面后，首先点击左侧工具栏中Edit Symbols 设置全局变量（如图2所示），之后根据需要设置全局变量的名称和值，方便后续仿真进行修改。具体创建方法为：先点击New Symbol 创建新变量，输入名称和值后点击Accept Symbol 确定创建。下表为后续仿真加入的全局变量：
| 变量名 | 值 | 物理意义 |
|---|---|---|
| Period | 0.5 | 光栅的周期500nm |
| Lin | 2 | 输入光纤的长度 |
| Lout | Lin | 输出光纤的长度 |
| M | 40 | 周期数 |
| delta_grating | 0.05 | 折射率调制微扰 |
1.3 绘制波导
选择左侧工具栏Segment (In Plane)，左键依次点击两个位置作为波导起始点绘制一段波导（如图3所示）。
右键红色波导弹出Properties for Segment 对波导进行详细设置。
根据需求，我们需要一段输入光纤（如图4所示），一段栅区，一段输出光纤（如图5所示），因此绘制三段波导对其进行详细设置。
其中，栅区需要单独进行设置。首先点击上方Edit/Tables/Edit User Tapers… 打开用户自定义Taper窗口，将Source Type 选为Grating，将Period 填上已经设置好的全局变量Period，并将Profile Type 改为Rectangular，如果此处使用默认的Sinusoidal 将无法在后续看到栅区折射率分布图 。点击OK 保存User Taper 1 的设置。
现在再次打开栅区的Properties for Segment 页面，将Ending Vertex 中的Index Difference 改为delta_grating，Z 方向的Offset 改为M*Period，然后将Index Taper 改成User 1，并检查Tapers…，之后点击OK 完成设置（如图6所示）。
如果修改后无法在屏幕中找到波导，可通过上方View/Full 将波导置满屏幕。其中为了便于区分，将栅区波导颜色设置为黄色，最终画面如图7所示。
1.4 观察栅区折射率分布
完成以上设置后，保存该文件，路径和文件名均为英文。之后点击左侧工具栏中的Display Material Profile，将Grid Size 中Z 的Current Value 设置为0.25，
Domain Min 和Domain Max 设置为-10和10，将下方的Display Mode 改为Contour Map(XZ) ，并更改输出名称，如图8所示。之后点击OK 输出折射率分布图像，如图9所示。
1.5 定义Pathway和Monitor
首先点击左侧工具栏上的Perform Simulation，进入Advanced…，将其中的Bidirectional Calculation 勾选上，点击OK 保存（如图10所示） 。
然后点击左侧工具栏上的Edit Pathways，在出现的对话窗口上点击New 按钮，依次点击三段波导变绿设置为Pathway（如图11所示）。
然后点击左侧Monitors…，再点击两次New 生成两个Monitor，第二个Monitor 更改Component 为Major-Backward，点击OK退出保存设置（如图12所示）。
1.6 基础仿真
点击左侧工具栏的Perform Simulation，再点击Advanced…，在其中的Opts…
选项中更改Tolerance 中数值为5e-05，点击OK保存（如图13所示）。
然后在Output… 中修改Composite Slice Format 为None ，更改输出名称后点击OK 进行仿真。
仿真结果如图14所示，蓝色曲线为正向传输的纤芯模的能量变化、绿色为反向传输的纤芯模的能量变化，在选定的工作波长处（1502nm），正向传输的光能量 降低了92%左右，同时反向传输光的能量也增加了92%左右。
1.7 获得光栅透射谱
点击左侧工具栏上的Perform Parameter Scan，添加对波长的扫描，从1.3-1.7μm，Steps 设置为81，点击OK 进行仿真（如图15所示）。
等待一段时间后，在弹出的界面中点击Open results in DataBROWSER ，即可查看仿真结果，如图16和图17所示。
1.8 通过GratingMOD获得反射功率谱
在左上角将BeamPROP 改为GratingMOD，点击左侧工具栏Perform Simulation，将Wavelength Range 改为1.3，1.7，选择SPECTRAL CHARACTERISTICS 勾选需要的具体数据，然后对输出文件命名后，点击OK进行仿真（如图18所示）。
仿真结果如图19所示，其中Peak：0.911106@1.50515 代表在波长 1.50515 μm 处达到最大相对功率 0.911106（接近全反射）；FWHM：0.062771 代表半高全宽为0.0627717 μm。
