多模干涉的案例
[Optiwave] OptiBPM：創建一個簡單的多模干涉（MMI）耦合器
主要用于介紹如何在OptiBPM中創建一個簡單的多模干涉耦合器，主要步驟如下：
? 定義MMI耦合器的材料；
? 定義布局設定；
? 創建一個MMI耦合器；
? 插入輸入面；
? 運行模擬；
? 在OptiBPM_Analyzer中預覽模擬結果。
1.
[Optiwave] OptiBPM：創建一個多模干涉星型耦合器
偏振：TE
網格-點數= 600
BPM求解器：Padé（1,1）
引擎：有限差分
方案參數：0.5
傳播步長：1.55
邊界條件：TBC
注意：有關仿真參數的更多信息，請參閱OptiBPM用戶指南。
......
全文內容下載：OptiBPM-創建一個多模干涉星型耦合器.docx
多模干涉解復用器和分路器數值仿真 ￥500
<p>本案例基于COMSOL軟件的射頻電磁波模塊建立了多模干涉的解復用器和分路器模型，進行了邊界模式分析，并仿真得到不同頻域下的磁場分布結果，如圖2和圖3所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/f3109e47688f4ff6b529db5bde50aaed.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 磁場數值仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/377c8f9048334939a305d6557f5acb12.gif" alt="Untitled3.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖3 電場模數值仿真結果</strong></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流合作</p>
展開 OptiBPM：創建一個簡單的多模干涉（MMI）耦合器
主要用于介紹如何在OptiBPM中創建一個簡單的多模干涉耦合器，主要步驟如下：
?定義MMI耦合器的材料；
?定義布局設定；
?創建一個MMI耦合器；
?插入輸入面；
?運行模擬；
?在OptiBPM_Analyzer中預覽模擬結果。
OptiBPM教程4：創建一個多模干涉星型耦合器
如果需要更多細節信息，可參閱之前課程中提供的操作。
本課程描述了如何創建一個MMI星型耦合器。該星型耦合器是對簡單MMI耦合器(教程2：創建一個簡單多模干涉星型（下文簡稱為MMI）耦合器)的進一步改進。它是由一個輸入波導、一個MMI耦合器以及四個輸出波導組成。步驟如下：
定義MMI星型耦合器的材料
定義布局設置
創建MMI星形耦合器
運行模擬
查看最大值
繪制輸出波導
為輸出波導分配路徑
在OptiBPM_Analyzer中查看仿真結果
添加輸出波導并查看新的仿真結果
在OptiBPM_Analyzer中查看新的仿真結果
1.定義MMI星型耦合器的材料
要定義單向彎曲器件的材料，請執行以下步驟。
2.定義布局設置
要定義布局設置，請執行以下步驟。
3.創建一個MMI星型耦合器
由于MMI星形耦合器中有四個輸出通道，因此需要找到在教程2(教程2：創建一個簡單的MMI耦合器)中的簡單MMI耦合器所產生的四個最大強度的位置。如教程2中所述，這個位置在MMI耦合器中的第二個波導大約1180-1210μm的地方。
要創建MMI星型耦合器并找到所需耦合的相關耦合器長度，請執行以下步驟。
4.插入輸入平面
要插入輸入平面，請執行以下步驟。
5.運行仿真
要運行仿真，請執行以下步驟。
6.查看最大值
查看最大值，請執行以下步驟。
7.繪制輸出波導
輸出波導必須在將第二波導的起始點連接到強度最大值的線上。
要繪制輸出波導，請執行以下步驟。
8.為輸出波導分配路徑
要為輸出波導分配路徑，請執行以下步驟。
展開 Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
說明
本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數在 INTERCONNECT 中創建 MMI 的緊湊模型。(聯系我們獲取文章附件)
綜述
低損耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光調制器的基本組件，是集成電路的關鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區域之間的良好匹配，可以將損耗降至最低。EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。
運行和結果
第1步：優化 MMI 幾何結構
使用EME運行一系列參數掃描以優化 MMI 性能。
· 模式收斂掃描
確保每個單元格中的模式數量足以給出準確的結果，模式收斂掃描是確保仿真結果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監視器獲得的電場強度。
· 波長掃描
EME 是一種單頻求解器，參數掃描是獲得寬頻結果所必需的。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數關系 。
· 纖芯長度掃描
確定纖芯的最佳長度。涉及改變區域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結果，下圖顯示了作為纖芯長度函數的傳輸。
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說明
本示例演示通過1×2端口多模干涉(MMI)耦合器計算寬帶傳輸和光損耗，并使用S參數在 INTERCONNECT 中創建 MMI 的緊湊模型。
綜述
低損耗光耦合器和光分路器是基于 Mach-Zehnder 的光調制器的基本組件，是集成電路的關鍵組成部分。通過在輸入和輸出波導處使用 taper 以確保輸入和輸出波導的模式與干涉區域之間的良好匹配，可以將損耗降至最低。EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。
運行和結果
第1步：優化 MMI 幾何結構
使用EME運行一系列參數掃描以優化 MMI 性能。
模式收斂掃描
確保每個單元格中的模式數量足以給出準確的結果，模式收斂掃描是確保仿真結果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監視器獲得的電場強度。
波長掃描
EME 是一種單頻求解器，參數掃描是獲得寬頻結果所必需的。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數關系 。
纖芯長度掃描
確定纖芯的最佳長度。涉及改變區域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結果，下圖顯示了作為纖芯長度函數的傳輸。
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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。
目前，已有四款Ansys Lumerical解決方案——FDTD、MODE、CHARGE和HEAT，通過了面向GF Fotonix平臺的認證。這些認證涵蓋從無源到有源光子器件設計的廣泛功能，包括對電氣和熱刺激對光學行為的影響進行建模。Ansys和GlobalFoundries根據真實測量數據對求解器進行了基準測試，確保為雙方客戶提供高保真度仿真。
GlobalFoundries設計平臺和服務高級副總裁Ziv Hammer表示：“Ansys解決方案獲得了面向GF Fontonix平臺開發套件的認證，從而確立了一系列物理設計功能，包括光學、熱和電氣功能，這對我們的客戶至關重要。我們很高興與Ansys合作，幫助我們的客戶克服光子芯片設計方面的挑戰，并助力他們開發未來技術。”
Ansys副總裁兼電子、半導體和光學事業部總經理John Lee表示：“光子通信的優勢是巨大的，但設計PIC不僅耗時、成本高昂，而且一旦進入制造階段就不容出錯。當然，隨著AI等計算密集型技術的出現，人們對此類高容量芯片的需求也在急劇增長。
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本周半導體大事記
通過設計雙層垂直耦合器和 1×2多模干涉儀 (Multimode interferometer, MMI)，研究團隊實現了混合量子光子芯片中確定性單光子的高效路由，以及對確定性單光子二階關聯函數 的片上實驗測量。
相關研究成果于2022 年 6 月 19 日以“Hybrid integration of deterministic quantum dots-based single-photon sources with CMOS-compatible silicon carbide photonics”為題在線發表在國際著名學術期刊 Laser & Photonics Reviews 上。該工作成功地在晶圓級 4H-SiC 光子芯片上實現 QD 確定性單光子源的混合集成，并實現了對確定性單光子二階關聯函數的片上實驗測量，為實現同時具有確定性單光子源的CMOS 兼容的快速可重構量子光子電路提供了一種新的解決方案和研究思路。(半導體產業網)
3、ASM宣布收購意大利 SiC 外延設備制造商 LPE。
7 月 18 日，ASM International N.V.(ASM)宣布達成一項協議，根據該協議，ASM 將收購位于意大利的碳 化硅(SiC)和硅外延反應器制造商 LPE S.p.A 的所有流通股。LPE 成立于 1972 年，專注于設計、制造和銷售用于電源應用的先進外延工具，是 SiC 外延領域公認的領導者，迄今已發布多項專利。LPE 在全球擁有龐大的 SiC 外延工具安裝基礎，專門用于制造滿足快速增長的電動汽車市場的設備。
展開 光通信設計軟件——OptiFiber 光纖設計軟件
OptiFiber 使用數值模式求解程序和其它專門用于光纖的解析法來計算光纖通訊時的色散、損耗、雙折射現象和偏振模色散。
OptiFiber 是一種功能強大的工具，它將光纖模式的數值模式求解器與群延遲，群速度色散，有效模面積，損耗，偏振模色散，有效非線性等計算模型相結合.OptiFiber 最強大的功能之一是它能夠預測如何優化給定的光纖，而不是設計目標，例如很小但非零色散和最大模面積。此外，OptiFiber 可以通過導入和分析實際光纖樣品的折射率分布來補充和擴展真實實驗室設備（如EXFO的NR-9200 Optical Fiber Analyzer）的光纖表征能力。OptiFiber 是設計光纖，光纖元件和光通信系統的工程師，科學家和學生不可或缺的工具。
特點和功能
· 評估參數、敏感度和容差
· 利用有限差分法或傳遞矩陣法來求解光纖的LP模或者矢量模
· 可以導入如EXFO NR-9200等儀器測量的光纖剖面的折射率分布進行解析
· 單模光纖設計，如康寧SMF-28的，色散平坦光纖設計，色散位移光纖設計等
· 多模光纖的設計，如50/125 m 和 62.5/125 m 石英光纖等
· 傳播過程中多模干涉的光場分布圖的觀察
· 自動參數掃描
· 光纖傳感設計
· 內外擾動導致的雙折射和PMD的計算
通過以下任一方法設計具有任意二維折射率分布的多層光纖：
1. 使用內置函數庫或使用用戶指定的公式在內部定義配置文件
2. 導入外部配置文件（直接支持使用NR-9200掃描的配置文件）
根據Sellmeier模型或用戶定義的函數分配材料色散
基于已知實驗公式的材料損耗模型
計算任何支持模式（基模或者高階模）的以下特征：
1. 多種方式顯示模場
2. 有效折射率以及傳播常數
3. 群延遲
4.
展開 ACS Photonic封面文章：首個基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片
電光式焦平面陣列光束掃描芯片的結構(a)及原理圖(b)
使用的電光式光開關陣列由多級1×2 MZI（1分2馬赫-曾德爾干涉）光開關級聯而成。圖2a為單個1×2 MZI光開關的結構示意圖，其由一個1×2 MMI（1分2多模干涉）分束器和一個2×2 MMI分束器組成一個雙輸出通道的MZI干涉結構。MZI的一個臂設有電極，由于其下電光材料薄膜鈮酸鋰的存在，可以通過對電壓的調節在該臂上產生一個額外的相位偏移Δφ。兩個不同相位差的光信號進入2×2 MMI之后在多模區產生干涉。如圖2b和c所示，當兩個輸入光的相位差為π/2時光從上方的輸出通道輸出，當相位差為3π/2時光從下方的輸出通道輸出。而這兩個數值之外的相位差則使輸入光以一定的比例從上下兩個輸出通道同時輸出，如圖2d所示。因此圖2a所示結構既是一個電光式光開關，同時也是一個主動式任意分束比分束器。基于薄膜鈮酸鋰優異的電光性能，該器件的開關速度僅25.9ns（如圖2e所示），實現π相位調制的功耗僅35.8nJ。因此由其構建的焦平面陣列光束掃描芯片在速度和功耗等性能上相比現有熱光式焦平面陣列提升2個數量級。
圖2. (a) 1×2 MZI光開關結構示意圖，(b)和(c)分別為輸入光相位差為π/2和3π/2 (c)時2×2 MMI中的光場模式分布，(d)不同電壓下1×2 MZI光開關兩個輸出端口的透射率，(e) 1×2 MZI光開關的切換時間
空間光束掃描測試
上述光開關陣列結合光柵輻射器陣列即可實現高速低功耗的光束掃描。其中光開關陣列用于實現光路的快速低功耗選通，將輸入光選擇性地引導至特定光柵輻射器。光柵輻射器陣列則通過不同陣列數目和排布方式結合透鏡實現不同的光束掃描角。
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