光子器件的案例
領先的光子學仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：微納光子器件仿真的標準工具
Ansys Lumerical是業界領先的光子學仿真工具，其擁有完整的光子學仿真解決方案，支持全套光子學器件級和系統級仿真。器件和系統級工具無縫協作，讓設計人員能夠對相互作用的光學、電氣和熱效應進行建模仿真。
產品之間靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結合的各種工作流程，以幫助優化產品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
Ansys Lumerical FDTD是業界公認的微納光子器件仿真的標準工具。
這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長結構與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應用千微納光電子器件、工藝以及材料的設計、分析和優化。
FDTD的集成設計環境支持腳本語言操作、高級后處理和結構優化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設計要求。
規格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級共形網格技術
靈活的材料插件
支持隨空間變化的各向異性材料
全矢量自定義和高數值孔徑的寬譜高斯光源
遠場分析
Q因子分析
自動提取S參數
能帶結構分析
腳本和優化程序
支持云計算和HPC高性能并行計算
主要特點
光子器件逆向設計優化
針對目標自動化探索最佳設計與結構；找出性能優化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強大的后處理
強大的后處理功能，包括遠場分析，能帶結構分析，雙向散射分布函數(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產生率。
非線性與各向異性材料
對含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進行彷真?？梢赃x擇各種非線性、負折射率和增益的材料模型，或者使用靈活的材料插件自行定義新材料模型。
展開 Lumerical FDTD&MODE一對一線上直播培訓(超材料板塊和波導光子器件)
Lumerical是目前市場上專業的模擬光學仿真和硅基光電子設計軟件，提供了強大的設計環境，能夠為光子設計師提供具有創造性，高精確度和成本效益的設計解決方案，幫助設計師開發下一代微納尺度光子技術。
本在線直播培訓課程將從各個論文中的案例出發，針對FDTD和MODE兩套仿真軟件作深入淺出的介紹，并從腳本和可視化界面對結構進行建模和仿真演示，完成對軟件的操作、分析及設計流程。
此次課程主要包括兩大板塊(二選一)：入門+超材料板塊；入門+波導光子器件板塊。
二 培訓方式
本次培訓全程線上授課, 采用一對一或者一對多方式進行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術交流，
學員需要自行準備電腦。
三 培訓對象
研究方向為超材料仿真或者波導光子器件的研究人員
四、培訓內容
（1）入門板塊
主要通過一個簡單的實例對FDTD的界面和操作流程進行介紹，并對涉及其中的材料庫、結構組、光源和監視器等進行相關說明和解釋，最后將以簡單的案例出發對腳本建模進行簡要的展示和說明。
一種超材料的電場圖
（2）超材料板塊
該板塊主要以案例為主，分別對多個論文中的超材料吸波體、可調超材料以及超透鏡進行復現和說明。在本板塊將對所有結構進行參數化建模，并對輸出曲線進行相關處理，此外還包括超透鏡的計算和整體3D建模，實現一鍵式腳本建模方法。
超透鏡的腳本建模過程圖
偏振分束聚焦超透鏡電場圖
（3）波導光子器件板塊
該板塊從MODE軟件出發，通過其中的FDE、EME以及varFDTD板塊對簡單波導、邊緣耦合器、光柵耦合器、Y型分束器、諧振環等光子無源器件進行建模和相關的論文案例復現。
展開 6/24 Ansys Lumerical光子集成電路PIC 有源器件的設計與仿真
Ansys Lumerical 為設計人員提供高性能光子模擬軟體，提供專門用于光子器件、電路和系統設計的模擬環境。針對PIC的應用，Lumerical提供包括光子有源器件，無源器件及circuit芯片級的完整解決方案。本次培訓將以PIC有源器件設計作為范例，針對Multiphysics產品作深入淺出的介紹 - 從演算法到實際范例演示，包括完整軟件的操作、分析及設計流程。
Lumerical案例 | 使用Synopsys OptoCompiler和Lumerical工具進行光子器件版圖繪制和緊湊模型仿真
引言
本文演示了一種將Synopsys OptoCompiler中開發的無源光子器件版圖導入Lumerical產品進行光路仿真的工作流程。該工作流程利用Ansys Lumerical MODE中的EME（特征模擴展）求解器進行光學仿真，利用Ansys Lumerical CML Compiler生成緊湊模型，并利用Ansys Lumerical INTERCONNECT進行光子電路設計和仿真。
此工作流程僅使用Synopsys產品即可提供一套內部解決方案，以應對光子集成電路設計中的復雜挑戰。在光子集成電路設計中，通常需要使用不同的工具來處理版圖設計、器件仿真和線路仿真。使用此工作流程，您可以在OptoCompiler中構建器件，使用Lumerical器件設計工具運行多物理場仿真，并利用CML Compiler構建用于INTERCONNECT線路仿真的模型，從而在版圖和設計之間架起一座強大的橋梁。
本文以OptoCompiler reference optical SOI（絕緣體上硅）PDK（工藝開發套件）中的無源1x2MMI（多模干涉儀）光子器件為例，展示了該工作流程。當然，您也可以根據具體應用場景，將此工作流程調整為使用您選擇的自定義無源光子器件和PDK。
所需許可證
Synopsys OptoCompiler license
Ansys Lumerical MODE license
Ansys Lumerical CML Compiler license
Ansys Lumerical INTERCONNECT license
壓縮包內容
本文附帶一個包含示例1x2MMI的軟件包，該示例來自OptoCompiler reference optical SOI PDK。
展開 
報名 | Ansys Lumerical光子集成電路PIC無源器件的設計與仿真培訓
光子集成電路 (Photonic Integrated Circuit，PIC) 由于具備可實現高速光電轉換、高頻寬、低損耗等特性，并且可以大幅縮減模組尺寸及成本，將是未來發展的關鍵技術。Ansys Lumerical 為設計人員提供高性能光子仿真軟件，提供專門用于光子器件、電路和系統設計的模擬環境。針對PIC的應用，Lumerical提供包括光子有源器件，無源器件及circuit芯片級的完整解決方案。
5月25日，Ansys Lumerical光子集成電路PIC無源器件的設計與仿真網絡培訓即將開始，培訓將以PIC無源器件設計作為范例，針對FDTD及MODE兩個產品作深入淺出的介紹，從演算法到實際范例演示，包括完整軟件的操作、分析及設計流程。歡迎報名參加，本次培訓人數限定20人，席位有限先到先得！
時間：5月25日（星期二），14:00-17:00
培訓日程：
講師介紹：
陳致豪
陳致豪(Chih-Hao Chen)，大學就讀于清華大學電機系，在臺灣大學光電工程研究所取得碩士學位。畢業后曾就職于顯示器產業，研究液晶光學以及液晶顯示器光學設計，有六年液晶顯示器的設計經驗。在2020年加入Ansys/Lumerical擔任應用工程師，熟悉FDTD和MODE仿真工具。主要負責亞太地區客戶的技術支持，幫助客戶排除問題以及實現仿真目標，同時也協助介紹和推廣公司產品，不定期參加或協助舉辦研討會，分享光學相關領域的產品應用實例。
展開 新制造工藝：有望實現高速低功耗光電子芯片！
為了開發適用于所有硅微電子器件的方案，研究人員需要采用占主導地位的低成本襯底，也就是塊狀硅。塊狀硅用于制造大部分的普通硅芯片，例如筆記本電腦與智能手機中使用的。絕緣襯底上的硅，比塊狀硅的性能更好，但是成本較高，所以只能應用于特定的高端微處理器。
塊狀硅與絕緣襯底上的硅之間的區別是：后者具有直接位于硅薄層之下的絕緣層（非常純凈的玻璃），但是前者沒有。玻璃作為光子屏障，讓光子陷入設備的光波導中。沒有玻璃屏障，光信號將會丟失。
在這篇最新的論文中，研究人員展示一種新的制造方案，適用于基于塊狀硅的芯片。該光學器件的半導體制造方案可以無縫接入現有半導體工業制造工藝中去。
電子工業中，互補金屬氧化物半導體（CMOS）廣泛用于制造計算機處理器、內存、通信芯片以及圖像傳感器。CMOS技術需要塊狀硅襯底或者超薄絕緣襯底上的硅晶圓。然而，由于塊狀硅供應鏈充足且成本低廉，所以占主導地位。相比而言，硅光子器件通常需要厚的絕緣襯底上的硅晶圓。對于計算機內存為代表的應用來說，其供應鏈受限且成本較高。因此，長期目標就是利用CMOS制造技術和材料平臺，集成電子與光子元件，且不影響其性能。
在這項研究中，研究人員成功地將光子器件集成到塊狀硅CMOS芯片中。他們采用標準的CMOS制造技術，在制造工藝中引入少量變化，從而在塊狀硅中創造出光子器件區域。這些光子器件在晶體管處理期間集成。這包括，在塊狀硅中添加一個由絕緣體材料二氧化硅形成的“孤島”，并在其頂部沉積多晶硅薄膜，從而形成了絕緣襯底上的硅。光子器件會從這個絕緣襯底上的硅區域制造出來，而晶體管則會在CMOS芯片上標準的塊狀硅區域形成。
（圖片來源：Nature）
價值
這一新型平臺將光子器件帶入最先進的塊狀硅微電子芯片中，帶來更快更節能的通信，并將為光電子系統芯片的量產鋪平道路，極大地改善計算設備與移動設備。
展開 面向大口徑超薄平面光學器件及應用：PB相位液晶光子技術
圖1 （a）傳統光學元件，（b）液晶聚合物平面透鏡
圖2基于PB相位液晶元器件中液晶分子的指向矢分布。(a)透鏡，(b)光柵，(c)液晶分子從0到2π變化，對應相位在0到4π之間變化，在2π位置由于液晶分子自組裝作用，不存在相位突變。
圖3 基于液晶聚合物的平面光學元件制備流程
基于幾何相位的液晶超表面器件，利用液晶分子在平面內0-180°指向變化，來控制光學波前0-2π相位變化，從而實現復雜光學相位器件（圖2）。該新型光學元器件的制備流程由圖3中給出，主要包括旋涂偏振光敏薄膜、圖案化偏振曝光、灌注液晶（LC）或者涂敷液晶聚合物（LCP）材料，即可完成主動可控的液晶光子器件或者耐用薄膜液晶聚合物光子器件，其中器件效率通過半波延遲量來控制。幾何相位液晶平面光學有以下特點：
輕薄、易集成：液晶或者液晶聚合物材料具有相對較高的雙折射率(約0.15)，僅需<2 um的厚度即可滿足可見光至近紅外器件的半波延遲需求。液晶聚合物薄膜可通過層壓、膠粘等工藝與多種光學元件進行對準集成。
分子指向電場可控，便于面向主動光學器件應用。由于感生偶極矩作用，液晶分子排列能夠通過電場進行操控，進而主動控制液晶器件的特性，便于制造主動液晶光柵、可調液晶微透鏡陣列等核心光學部件。
波前像差小：光學幾何相位分布通過液晶分子取向控制獲得，在0至2π相位突變位置，自組裝液晶分子指向平滑連續，便于消除拼接等成像誤差；
工作參數便于擴展。將多層液晶器件堆疊，能夠擴展光束調控的自由度。例如，將多個偏振光柵堆疊，能夠實現大角度、小間隔光束掃描。將多個渦旋波片堆疊，能夠實現多種拓撲荷光束輸出。將多個透鏡堆疊，能夠實現不同焦距的液晶成像系統。
展開 光子器件設計新范式：基于Ansys Lumerical和Optislang實現從仿真到優化的全棧式解決方案
<p>隨著高速光通信與集成光子學技術的飛速發展，行波馬赫曾德調制器（Travelling Wave Mach-Zehnder Modulator, TW-MZM）因其高帶寬、低驅動電壓等優勢，成為高速光互連系統的核心器件。</p><p>然而，其設計涉及光波導模式匹配、微波傳輸線阻抗調諧等多物理場耦合問題的協同優化，傳統設計方法存在效率低、迭代周期長、跨域協同難等問題。</p><p>基于此，<strong>5月28日，</strong>Ansys 2025R1系列網絡研討會特推出「<strong>光子器件設計新范式：基于Ansys Lumerical和Optislang實現從仿真到優化的全棧式解決方案</strong>」主題內容，助力光電子器件研發人員突破多學科耦合設計的技術瓶頸。歡迎感興趣的用戶免費報名參會。</p><p><img src="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/sJ5jnYn8SiccuXG1CP96bkIdibCQkYy4pmrG0aKU3dO0OiaUGaPXRZAfiaj1OyJVzSUQJZ3e5VaWohJpebxiaNBXBjg/640?
展開 . | Sagnac干涉在集成光子學中的應用
此外，相較于集成光子器件中的基本結構單元如馬赫曾德干涉器和環形諧振器，其中光只沿一個方向傳播，Sagnac干涉器件可以在光路中引入光的雙向傳播，這使得器件干涉更加豐富，響應也更為多元化。在過去的10年中，很多以Sagnac干涉器為基本結構單元的集成光子器件不斷涌現，并展現出許多傳統集成光子器件所不具備的新特性和優勢。此外，作為集成光子器件中的基本結構單元，Sagnac干涉器與馬赫曾德干涉器和環形諧振器還具有很好的兼容性，這使得他們之間可以優勢互補，從而設計實現更為強大的混合光學系統。
研究者們相信，隨著研究的不斷深入和相關產品的開發，集成Sagnac干涉器件將在未來十年繼續蓬勃發展，其器件制備水平將更加提升，應用范圍也將進一步擴大。越來越多的相關從業者將接過一生熱愛光學研究的Georges Sagnac手中的火炬，致力于不斷縮小集成Sagnac干涉器件在科學研究和實際應用之間的差距。
論文信息
Hamed Arianfard, Saulius Juodkazis, David J.
展開 ：用于快速打印結構色智能器件的磁響應光子晶體油墨
光子晶體是一類具有周期性介電常數結構的材料，可以通過改變材料的物理結構和折光性質來調制特定波長光的傳播。其中，刺激響應型光子晶體的光子帶隙結構可以隨著外界刺激（例如蒸氣，溫度，應力，pH和電磁場）的變化發生改變。通過在可見光波長范圍內調制其衍射波長，可以直接觀察到顏色改變，在化學傳感、生物檢測、防偽標示和加密存儲等諸多領域中有巨大的應用前景。
由磁性納米微球（如四氧化三鐵納米簇膠體）作為結構單元的光子晶體因其較高的折射率、簡單的組裝過程、快速可逆的響應效果，備受人們關注。在已有的報道中，雖然磁性納米粒子的制備方法被廣泛研究，該類型光子晶體只能在液體環境下進行組裝，隨之而來的流動性和不穩定性給磁響應型光子晶體的實際應用帶來很大的限制。因此，研究者們近年來傾向于將磁性光子晶體的規整結構固定在高分子基體中，以期制備固態的結構色器件。然而，被聚合交聯后的框架固定的納米粒子，不再能在外磁場下調整其結構特征，因而喪失了其優異的磁響應變色性質。
近期，復旦大學汪長春教授課題組對磁性光子晶體的器件制備進行了探索，提出了一種簡單快捷的策略來制備可供3D打印的磁響應光子晶體復合油墨，優化了磁性納米粒子分散液在硅橡膠前驅體中的乳化能力，從而將磁響應光子晶體以液滴形式保護在可室溫固化的基體中。首次將3D打印技術與光子晶體相結合，通過對連續相的觸變性進行調控，獲得了易于打印的光子晶體墨水。通過控制光子晶體液滴尺寸大小和外加磁場的強弱，可以靈敏地調控磁響應光子晶體器件的顏色。
圖1.
展開 行業動態 | Ansys Lumerical 光子設計工具獲 GlobalFoundries 認證
Ansys光子求解器已通過認證，可與GF FotonixTM平臺結合使用，以助力用戶設計無源和有源光子器件、降低成本并提高光子芯片性能
主要亮點
GlobalFoundries認證了四款Ansys光子求解器，其中包括Ansys Lumerical FDTD?高級3D微納光子學仿真軟件和Ansys Lumerical MODE?光波導設計工具
其他獲得認證的求解器還包括Ansys Lumerical CHARGE?基于物理場的載流子傳輸求解器和Ansys Lumerical HEAT?基于物理場的熱傳輸求解器
這些認證有助于客戶為新一代光子集成電路（PIC）設計高性能光子組件，從而實現更快、更高效的數據通信技術，此類通信技術非常適合超大規模數據中心和物聯網（IoT）應用
Ansys與GlobalFoundries合作，目前四款Ansys光子求解器已通過認證，使工程師能夠在GF Fotonix平臺中以高保真度進行無源和有源光子器件仿真。Ansys與GlobalFoundries攜手，共同為客戶提供可靠的多物理場仿真解決方案，以解決一系列高容量芯片（包括生成式AI、自動駕駛汽車、超大規模數據中心通信和物聯網領域使用的芯片）的設計挑戰。
GF Fotonix是一款功能豐富且高度靈活的硅光子學平臺，也是業界率先可用于光子和電子器件單片集成的商用代工廠平臺，并提供光子學專用流程選項。光子器件包括有源器件（如馬赫-曾德爾和微環調制器以及鍺光電二極管）和無源組件（如分光器、多模干涉儀、移相器/相位旋轉器、錐形波導、彎曲波導和波分復用濾波器）。該平臺使設計人員能夠為其高速光通信系統應用開發定制解決方案，以滿足其高帶寬、低時延數據傳輸和低功耗要求。
展開 
預告 | 12月Ansys渠道合作伙伴活動計劃
時間：12月10日， 14:30-15:30
合作伙伴：深圳市摩爾芯創科技有限公司
地點：線上
費用：免費
立即報名
12月12日 - 12月14日 | Lumerical光子器件培訓班-北京站
簡介：Ansys Lumerical作為業界領先的光子學解決方案，擁有完善的Component Level及Circuit Level仿真能力。FDTD被譽為微納光子器件仿真的黃金標準；MODE是面向平面光波導類器件開發的瑞士軍刀；CHARGE求解載流子的漂移擴散方程和泊松方程，能夠精確模擬半導體器件中的電學特性；HEAT則專注于器件熱效應的分析，能夠準確計算電致發熱或光吸收引起的溫升；INTERCONNECT作為線路級仿真工具，可對整個光子集成電路系統進行時域及頻域分析。
摩爾芯創將于12月12日在北京開展Lumerical光子器件培訓班，該培訓涵蓋FDTD、MODE、CHARGE、HEAT、INTERCONNECT五大仿真工具，內容覆蓋基礎原理講解到復雜器件設計。無源環節不僅包括功率分束器、起偏器、偏振旋轉分束器、濾波器等多種無源光子器件，還包含常用的逆向設計算法，適用于硅基、鈮酸鋰等多種材料體系，可有效助力學員掌握無源光子器件設計技能。有源環節不僅包括電相移器、微環調制器、馬赫曾德行波調制器、垂直光電探測器、熱調諧波導等多種有源光子器件，還包含波分復用、PAM4收發等完整的PIC系統，可大大提升學員設計復雜光子集成電路系統的能力。
展開 寫在硅光技術爆發前夜
當格芯推出硅光代工平臺，誓要成為領先硅光子代工廠；長電科技預測硅光封裝成為未來趨勢之時，這項早在上世紀提出的技術，正悄悄改變著半導體行業。
云時代帶來的海量數據、逼近極限需要解決的節點間隙，這些可以通過光子解決的問題，正一步一步推動著硅光子前行。
硅光技術正在爆發前夜。
硅光子已成為未來趨勢
早在上個世紀90年代，IT從業者就開始為傳統半導體產業尋找繼任者，光子技術一度被認為是最有希望的技術。
硅光是以硅光子學為基礎的低成本、高速的光通信技術，利用基于硅材料的CMOS微電子工藝實現光子器件的集成制備，融合了CMOS技術的超大規模邏輯、超高精度制造的特性以及光子技術超高速率、超低功耗的優勢，把原本分離器件眾多的光、電元件縮小集成到一個獨立微芯片中，實現高集成度、低成本、高速光傳輸。
硅光技術的發展可以分為三個階段。第一，硅基器件逐步取代分立元器件，即用硅把光通信底層器件做出來，達到工藝的標準化；第二，集成技術從耦合集成向單片集成演進，實現部分集成，再把這些器件像樂高積木一樣，通過不同器件的組合，集成不同的芯片；第三，光電一體技術融合，實現光電全集成化。把光和電都集成起來，實現更加復雜的功能。
目前硅光技術已經發展到了第二個階段。
在制造工藝上，光子芯片和電子芯片雖然在流程和復雜程度上相似，但光子芯片對結構的要求不像電子芯片那樣嚴苛，一般是百納米級。這大大降低了對先進工藝的依賴，在一定程度上緩解了當前芯片發展的瓶頸問題。
阿里巴巴達摩院發布的2022十大科技趨勢中，硅光芯片是其預測的趨勢之一。隨著云計算與人工智能的大爆發，硅光芯片迎來技術快速迭代與產業鏈高速發展。
展開 基于Lumerical掌握光電器件仿真的全流程設計，從基礎原理講解到復雜器件設計
Ansys Lumerical作為業界領先的光子學解決方案，擁有完善的Component Level及Circuit Level仿真能力。FDTD被譽為微納光子器件仿真的黃金標準；MODE是面向平面光波導類器件開發的瑞士軍刀；CHARGE求解載流子的漂移擴散方程和泊松方程，能夠精確模擬半導體器件中的電學特性；HEAT則專注于器件熱效應的分析，能夠準確計算電致發熱或光吸收引起的溫升；INTERCONNECT作為線路級仿真工具，可對整個光子集成電路系統進行時域及頻域分析。
該內容涵蓋FDTD、MODE、CHARGE、HEAT、INTERCONNECT五大仿真工具，內容覆蓋基礎原理講解到復雜器件設計。無源環節不僅包括功率分束器、起偏器、偏振旋轉分束器、濾波器等多種無源光子器件，還包含常用的逆向設計算法，適用于硅基、鈮酸鋰等多種材料體系，可有效助力學員掌握無源光子器件設計技能。有源環節不僅包括電相移器、微環調制器、馬赫曾德行波調制器、垂直光電探測器、熱調諧波導等多種有源光子器件，還包含波分復用、PAM4收發等完整的PIC系統，可大大提升學員設計復雜光子集成電路系統的能力。
展開 擊敗Intel和博通，思科正式收購Luxtera
Luxtera開發了硅光子技術，這種技術將編碼成光子信息轉換成光纖直接傳輸到半導體中，極大地加快了數據傳輸速度。思科表示，Luxtera先進的芯片技術，將幫助思科滿足商業客戶對快速和高性能網絡服務的需求。
思科在一份聲明中稱：“新興的分布式云計算、移動性和物聯網應用，推動著公司客戶對帶寬的需求與日俱增。換言之，對網絡的需求呈指數級增長，需要新時代的聯網技術，這就是我們要收購Luxtera的主要原因。”
事實上，上周就有消息稱，思科正洽談收購光學芯片制造商Luxtera。知情人士當時稱，收購價格尚未確定，但這筆交易可能會使Luxtera估值達到數億美元。
該知情人士還稱，在這場收購交易競標中，思科擊敗了包括英特爾和博通在內的其他公司。
思科和Luxtera今日預計，這筆交易將于思科2019財年第三季度完成。
Luxtera：CMOS光子芯片提供商
Luxtera公司成立于2001年。Luxtera是第一家提供光子器件解決方案的公司，在開始的時候，Luxtera是世界上主要生產很小線距CMOS工藝芯片的公司之一。Luxtera的CMOS光子器件都是由CMOS電子學工藝集成，體積比傳統的光子器件更小。
Luxtera公司產品通過直接集成高速光纖光網絡接口到標準CMOS芯片以滿足對帶寬的需求，產品的設計方案不僅是將大量的數據從一個芯片傳到另一個芯片（幾乎不考慮距離和帶寬），還要適應Moore定律以滿足按指數增加的網絡數據接口數據處理量。
展開 