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光子學與集成光學的案例

. | Sagnac干涉在集成光子學中的應用
圖1：典型光學干涉器的基本結構 圖2：Sagnac干涉器的發明者法國物理學家Georges Sagnac (1869 ? 1928) 以及基于Sagnac干涉的光學器件的發展歷程 其次，論文將集成Sagnac干涉器作為集成光子器件中的基本結構單元，和其他基本結構單元如馬赫曾德干涉器，環形諧振器，以及光子晶體諧振腔，布拉格光柵進行了特性對比(圖3-5)，并對集成Sagnac干涉器件的仿真建模方法進行了具體介紹。 圖3：集成光子器件中的基本結構單元 (a) 定向耦合器， 以及以其為基礎衍生的二級結構單元包括 (b) 馬赫曾德干涉器，(c) 環形諧振器，和 (d) Sagnac 干涉器 圖4：集成馬赫曾德干涉器，分插復用型環形諧振器，以及級聯Sagnac干涉器的幅頻響應對比 圖5：集成一維光子晶體諧振腔，布拉格光柵，以及級聯Sagnac干涉器的幅頻響應對比 然后，論文對Sagnac干涉器件在集成光子學中的具體應用進行了分類總結，包括集成反射鏡，光陀螺儀(圖6)，光濾波器(圖7)，頻域交織器，量子物理現象的光學類似(圖8)，以及其他應用。其中光陀螺儀作為Sagnac干涉的典型應用，又具體分為基于波導干涉的光陀螺儀，基于無源諧振腔的光陀螺儀，和基于布里淵環形激光器的光陀螺儀。
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2026 R1 | Ansys光學與光子學仿真專題網絡研討會上線（共9場）
Lumerical 與 Synopsys OptoCompiler? 的無縫集成，以應對光子集成電路設計中的復雜挑戰，通過我們集成的功能和工作流程，工程師可以無縫設計單個光子元件，模擬光子集成電路，創建和實現版圖，并使用專業的Synopsys 工具進行電光協同仿真，最大限度地減少使用多工具的開銷。
Ansys 2024 R2：光學與光子學仿真新功能介紹【9月24日直播】
</p><p>為幫助大家更好的了解Ansys 2024 R2新版本中光學仿真功能變化，<strong>9月24日</strong>，Ansys系列網絡研討會推出<strong>「Ansys 2024 R2：Ansys 光學與光子學仿真新功能介紹」</strong>，為大家詳細介紹Ansys 2024 R2光學產品新功能：</p><ul><li>在Speos新版本中增強了Zemax和Speos的簡化數據交換以及Speos中基于序列的路徑檢測，進而考慮到了雜散光對系統性能的實際影響，同時也增強了光導設計和實時預覽；</li><li>在Zemax新版本中通過提高公差能力來考慮裝配和制造誤差對實際結果的影響；</li><li>在Lumerical新版本中通過使用行業領先的布局工具增強工作流程，實現光子集成電路的現實世界設計，同時增強了多尺寸、多物理場仿真工具之間工作流程。</li></ul><p class="ql-align-center">獲取更多精彩內容，歡迎大家報名參會！</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/sJ5jnYn8SicedqJt6z63Gb6sEwXO3hGpT5SoGnMl5mPLn9kL3klT6icicJ72OI5UoG2YB7Ppp6dGwDzwlWIIjXWcw/640?
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《自然?光子學》: 上海交大金賢敏團隊在光量子計算機集成化上取得進展
圖三：結構復雜度不斷增大的量子“快速到達”實驗結果 金賢敏研究團隊通過理論創新、高精度的芯片制備、單光子級的注入和成像等一系列努力，最終首次在復雜六方粘合樹結構“快速到達”問題中成功實現量子加速優勢。光量子集成芯片中的實驗結果與理論結果在最優到達效率及最優演化長度兩方面都吻合的很好，這與研究團隊過去三年所發展的飛秒激光直寫制備三維光量子集成芯片的精準工藝是分不開的。 金賢敏研究團隊所發展的基于三維光子集成芯片的大規模量子演化系統，使得研發各種物理系統可擴展的專用光量子計算原型機成為可能。同時，這種粘合樹結構很容易讓人聯想到計算機科學中的二元樹或決策樹，若能將量子算法運用到計算機科學中的優化、管理、及信息搜尋等各種實際問題中去，有望極大地推動量子計算機的實際應用。還有望用來解決許多跨學科交叉的科學問題并衍生新興研究領域，比如與實驗室天文學模擬、量子人工智能[Physical Review Letters 120, 240501 (2018)]、量子拓撲光子學[arXiv:1810.01435 (2018)]、生物醫藥及成像等學科相互關聯的綜合性研究。今年10月初，金賢敏團隊剛剛發布了首款專用光量子計算軟件FeynmanPAQS [arXiv: 1810.02289 (2018)]，也是旨在讓量子計算面向更加廣泛的科研學者、工程師和熱心科普的群體，力圖促進更多專用光量子計算算法的發現、基礎科研領域交叉、量子計算的工程化應用對接。 期待不久的將來，專用光量子計算機能夠真正為各行業帶來更多令人欣喜的應用。
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光子學與集成光學圖1
用于光子集成電路的集成微透鏡和光柵耦合器
本文介紹了一種用于光子集成電路光纖-波導耦合系統的多尺度仿真工作流程。光與光柵耦合器在微觀上的相互作用使用 Ansys Lumerical 進行仿真，而 Ansys Zemax OpticStudio 則用于宏觀傳播和公差分析。此示例的工作流由四個步驟組成。前兩個步驟模擬了光從光柵耦合器傳播到光纖（“出”方向），而后兩個步驟模擬了光從光纖傳播到光柵耦合器（“入”方向）。分析了兩個方向對系統損耗的貢獻，以及對光纖橫向偏移的公差分析。 一、概述 由于模式失配以及對光纖和波導之間的錯位高度敏感，高效的光纖-波導耦合器設計非常具有挑戰性。為了應對這一挑戰，復雜的耦合器設計涉及光與微觀及宏觀結構相互作用。在不同尺度級別上對這些復雜的相互作用進行仿真和優化對于耦合器的設計至關重要。在本文中，我們介紹了一種多尺度的仿真工作流，利用 Ansys Lumerical 和 Ansys Zemax OpticStudio 之間的互操作性來設計耦合器。在可以解決高效耦合器設計挑戰的各種耦合機制中，我們提出了一種帶有光柵耦合器的解決方案，其中在光柵上方添加微透鏡以提高光纖對準的公差。工作流劃分如下： 第 1 步：使用 Lumerical 進行微觀設計（“OUT”方向） 對于設計的起點，假設我們有一個經過優化的光柵。有關如何優化光柵以實現波導與光纖耦合的更多詳細信息，請參閱文章Lumerical 針對 Grating coupler 的仿真分析方法。 Ansys Lumerical 的 FDTD 求解器用于計算光柵輸出端的電場。然后將結果導出到 .zbf 文件中。 第 2 步：使用 Zemax 進行宏觀設計（“OUT”方向） 步驟 1 中的 .zbf 文件被導入 OpticStudio 中，用于將光進一步傳播到光學系統中。
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Ansys Lumerical | 用于光子集成電路的集成微透鏡和光柵耦合器
附件下載 聯系工作人員獲取附件 本文介紹了一種用于光子集成電路光纖-波導耦合系統的多尺度仿真工作流程。光與光柵耦合器在微觀上的相互作用使用 Ansys Lumerical 進行仿真，而 Ansys Zemax OpticStudio 則用于宏觀傳播和公差分析。此示例的工作流由四個步驟組成。前兩個步驟模擬了光從光柵耦合器傳播到光纖（“出”方向），而后兩個步驟模擬了光從光纖傳播到光柵耦合器（“入”方向）。分析了兩個方向對系統損耗的貢獻，以及對光纖橫向偏移的公差分析。 概述 由于模式失配以及對光纖和波導之間的錯位高度敏感，高效的光纖-波導耦合器設計非常具有挑戰性。為了應對這一挑戰，復雜的耦合器設計涉及光與微觀及宏觀結構相互作用。在不同尺度級別上對這些復雜的相互作用進行仿真和優化對于耦合器的設計至關重要。在本文中，我們介紹了一種多尺度的仿真工作流，利用 Ansys Lumerical 和 Ansys Zemax OpticStudio 之間的互操作性來設計耦合器。在可以解決高效耦合器設計挑戰的各種耦合機制中，我們提出了一種帶有光柵耦合器的解決方案，其中在光柵上方添加微透鏡以提高光纖對準的公差。工作流劃分如下： 第 1 步：使用 Lumerical 進行微觀設計（“OUT”方向） 對于設計的起點，假設我們有一個經過優化的光柵。有關如何優化光柵以實現波導與光纖耦合的更多詳細信息，請參閱文章 Ansys Lumerical｜針對 Grating coupler 的仿真分析方法。 Ansys Lumerical 的 FDTD 求解器用于計算光柵輸出端的電場。然后將結果導出到 .zbf 文件中。
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Lumerical光子集成電路光電元件設計
然后，可以為電荷輸運設置直流、交流或瞬態分析，以及為光子學設置寬帶光傳播或本征模式分析，從而為這些器件提供全面的多物理場分析。 光電結果提取 垂直光電探測器 光電探測器是光子集成電路 (PIC) 中的關鍵元件，可實現單片電光系統。光電探測器使用在設計波長下具有強吸收的材料將光信號轉換為電信號。在硅光子學中，鍺是一種常見的材料選擇，因為它與大多數硅工藝兼容，并且可以在硅頂部低缺陷生長。在垂直布局中，鍺吸收層生長在硅波導頂部，并在鍺頂部形成電接觸。為了最大限度地減少此觸點的電損耗，在鍺和觸點之間的界面處引入了一層薄薄的高濃度摻雜劑，而其余的鍺則沒有特意進行摻雜。下面的硅被摻雜以增加導電性，從而形成垂直 PIN 結。當光信號沿波導傳播并進入吸收層時，被吸收的光子在鍺中產生電子-空穴對，這些電子-空穴對被內部電場分離并流過電觸點以形成輸出電流。 本研究中仿真的垂直光電探測器 (VPD) 使用[3]中的幾何形狀和材料特性來創建參考器件。按照 [3] 中概述的建議，我們評估了不同接觸形狀對 VPD 性能的影響：接觸金屬化在鍺界面處是一個強光子吸收體，它減少了可能對電流有貢獻的光生電子空穴對數量。接觸界面的放置會影響暗電流、響應度和帶寬，可以使用來自工藝仿真的輸入進行有效分析。圖 7 展示了“大”和“小”兩種接觸情況下，Silvaco Victory Process 仿真的幾何形狀，使用上一節中描述的工作流將其導入 Ansys Lumerical CHARGE。 圖 7.
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Ansys Lumerical | 光子集成電路光電元件設計
然后，可以為電荷輸運設置直流、交流或瞬態分析，以及為光子學設置寬帶光傳播或本征模式分析，從而為這些器件提供全面的多物理場分析。 光電結果提取 垂直光電探測器 光電探測器是光子集成電路 (PIC) 中的關鍵元件，可實現單片電光系統。光電探測器使用在設計波長下具有強吸收的材料將光信號轉換為電信號。在硅光子學中，鍺是一種常見的材料選擇，因為它與大多數硅工藝兼容，并且可以在硅頂部低缺陷生長。在垂直布局中，鍺吸收層生長在硅波導頂部，并在鍺頂部形成電接觸。為了最大限度地減少此觸點的電損耗，在鍺和觸點之間的界面處引入了一層薄薄的高濃度摻雜劑，而其余的鍺則沒有特意進行摻雜。下面的硅被摻雜以增加導電性，從而形成垂直 PIN 結。當光信號沿波導傳播并進入吸收層時，被吸收的光子在鍺中產生電子-空穴對，這些電子-空穴對被內部電場分離并流過電觸點以形成輸出電流。 本研究中仿真的垂直光電探測器 (VPD) 使用[3]中的幾何形狀和材料特性來創建參考器件。按照 [3] 中概述的建議，我們評估了不同接觸形狀對 VPD 性能的影響：接觸金屬化在鍺界面處是一個強光子吸收體，它減少了可能對電流有貢獻的光生電子空穴對數量。接觸界面的放置會影響暗電流、響應度和帶寬，可以使用來自工藝仿真的輸入進行有效分析。圖 7 展示了“大”和“小”兩種接觸情況下，Silvaco Victory Process 仿真的幾何形狀，使用上一節中描述的工作流將其導入 Ansys Lumerical CHARGE。 圖 7.
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通信與傳感器建模 | Lumerical：集成化光子技術
Lumerical的用戶界面（UI）提供了集成化設計環境（IDE），可將包括光、放射、電氣、熱、以及電磁仿真在內的多種模型進行直觀地耦合，這一多物理場理念能夠很好地滿足相關人員為5G、自動駕駛汽車及物聯網應用開發光子集成技術的需求。 對自動駕駛汽車激光雷達系統進行仿真 展示了對特定物體準確（紅）和不準確（藍）探測的情況 例如，自動駕駛汽車需要在其環境探測系統中使用低成本激光雷達系統傳感器。工程師使用光子集成仿真，就能夠對激光發射器，以及用于波束成型及控制的納米級集成相位陣列（或液晶）性能進行評估。隨后采用宏觀光學仿真技術（例如Ansys SPEOS）,對激光束傳播及其與環境的相互作用建模。然后工程師可使用Lumerical技術，基于宏觀光學仿真結果計算出激光信號，并對集成化傳感器如何接收激光信號進行建模。 目前Ansys用戶在仿真激光雷達系統時，需要依靠測量結果或從廠商獲得集成化光子信息。工程師在集成這些仿真技術后，就能夠創建高保真度仿真，幫助他們對光源和探測器設計進行優化。 為幫助工程師對電子系統及其與光子電路的交互進行仿真，Lumerical已與多家foundry結成合作伙伴，致力于為客戶提供高質量光子流程設計套件（PDK）。因此，工程師采用Ansys平臺對自身產品組合集成后，即可仿真并分析定義完整的光電通信或傳感系統的特征。 關于Lumerical Lumerical專注光子仿真和建模領域，其光子仿真產品是設計人員了解光并預測光在復雜結構，電路和系統中行為的工具。總部位于加拿大溫哥華，自2003年成立以來，已發展為光子學界引用最廣泛的工具之一。
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培訓報名 | Ansys Lumerical光子集成電路PIC設計與仿真
尊敬的女士/先生， 誠摯地邀請您參加Ansys Lumerical舉辦的光子集成電路PIC全產品培訓。本次培訓將詳細介紹Ansys Lumerical產品在光子集成電路PIC領域的應用，包括器件級仿真（有源器件和無源器件），系統級仿真和緊湊模型庫（CML）的介紹，培訓內容將覆蓋器件和系統級仿真設計的案例演示，包括學員實際操作環節，本次培訓活動將為學員提供操作使用的License。期待您的參與！
報名 | Ansys Lumerical光子集成電路PIC Circuit 設計與仿真
溫馨提示：由于內容豐富，本場會議已由原計劃1小時延長至3小時，會議時段更新為：14:00 - 17:00 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，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。7月15日，Ansys 即將推出網絡研討會【Ansys Lumerical光子集成電路PIC Circuit 設計與仿真】。 本次培訓將以PIC Circuit設計作為范例，針對INTERCONNECT和CML Compiler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。 時間：7月15日（星期四），14:00-17:00 講師介紹： 陳奕豪博士 陳奕豪(Yi-Hao Chen)畢業于臺灣大學電機系，后于美國密西根大學電機研究所主修光學，研究奈米光學元件取得電機博士學位。他于2019年加入臺灣Lumerical，現為臺灣Ansys Lumerical應用工程師，主要負責亞太地區技術支持、協助客戶使用Lumerical產品進行研發工作。
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光子學與集成光學圖2
光學及硅光子仿真推動汽車行業的技術發展
其中一個例子是英特爾旗下自動駕駛子公司Mobileye，該公司將使用光子集成電路（PIC, photonic integrated circuits）為新一代激光雷達傳感器提供動力，并預計在2025年之前將這些傳感器部署完成。其他激光雷達公司如果還沒有采取這樣的措施，預計也很快就會開始行動。 行業逐漸意識到，對激光雷達的定位即將從“前景和可能性”轉向“全面生產和部署”，但仍然存在一些技術挑戰需要克服，仿真是了解這些挑戰并尋找其解決方案的關鍵。最近，我與TKL Engineering的Thomas Kümpfel以及Ansys Optics的產品負責人Julien Muller和James Pond共同主持了一個圓桌會議。在此期間，我們討論了汽車行業近期的創新技術以及仿真在推動這些創新技術方面發揮的作用。激光雷達系統的微型化是幾個熱門話題之一，同時我們一致認為，從PIC級到系統級為這些系統建模的能力對于工程師創建魯棒性和可擴展設計至關重要。如今我們已得益于此類仿真功能，這也是整個汽車行業對自動駕駛汽車的未來持樂觀態度的眾多原因之一。 隨著我們逐步邁向完全自動駕駛，“互聯性”是其關鍵要素之一，即道路上的每輛汽車都需要了解其他車輛的情況。這種實時通信網絡將需要構建云端高帶寬基礎架構，而這些需要高性能數據中心為其提供支持。因此，即使對于新興的自動駕駛技術，集成光子學和CPO在數據中心的作用也是至關重要的。 我們正處于光學行業高速發展時期，重大變革可能將發生，以推動包括汽車在內的各類市場的新一代技術進步。
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Lumerical案例 | 基于熱感知的WDM收發器光子電路仿真——Icepak集成
在這個例子中，Ansys Lumerical INTERCONNECT的光子集成電路(PIC)建模能力與Icepak強大的熱仿真能力相結合，用于仿真和設計波分復用(WDM)收發器，同時考慮封裝中其他區域（例如電子集成電路(EIC)、印刷電路板(PCB) 等）的發熱。 一、概述 本文以一個六通道WDM系統為例進行研究。該系統采用共封裝光學器件（CPO）設計，包含光電器件。由于電子集成電路（EIC）和印刷電路板（PCB）產生的熱量，緊湊型CPO內部的溫度變化會影響硅光子元件的性能。本文旨在：1）通過熱仿真了解CPO內部的溫度分布；2）找到電路板上WDM元件的理想位置，以減輕電子元件發熱帶來的不利影響。 首先，使用Icepak對整個封裝進行熱仿真。然后可以生成光子（硅）層的溫度分布圖，并將其導出以用于光子電路仿真。 接下來，將溫度分布圖導入INTERCONNECT軟件。INTERCONNECT軟件針對晶圓上不同的光學元件位置運行多次仿真。基于掃描結果，分析眼圖和誤碼率（BER）等性能指標，以確定晶圓上光學元件的理想布局。 步驟 1：Icepak中進行熱仿真 Icepak在運行時計算封裝溫度，并導出硅晶片網格坐標和相應的溫度。 上圖展示了用于熱分析的PCB板設計示例。綠色層為硅片，棕色層為PCB板。PCB板與硅片之間采用球柵陣列（BGA）連接。透明框內為位于PCB板頂部的集成電路（EIC），EIC用作熱源以啟動PCB板的熱分析。在本例中，我們將EIC視為均勻熱源，用戶也可以加載EIC的功率分布圖以進行更復雜的熱分析。 本次熱仿真中，EIC加熱數據來自芯片熱模型（CTM），焦耳加熱數據則來自SIwave。
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6/10 聚焦5G：使用Ansys多物理仿真設計光子集成電路
內容簡介 高壓電器常見于電力系統、工業供電系統中，屬于非常重要的電能傳輸和分配電氣設備。同時，由于高壓電器的內部涉及的結構種類較多，而各機械結構的材料性能以及結構組成形式都進一步地影響著電器開關的性能發揮，不斷革新、優化，進一步提升著高壓電器開關的應用性能與使用穩定性。同時高壓電器領域的故障診斷方式也是客戶非常關注的點，如何采用OptiSLang實現高電壓電力變壓器的故障診斷也是這次案例分享的主要內容。 活動合作伙伴：北京朔和科技有限公司 時間 2022年6月10日（周五 ）16:00-17:00 費用 免費 講師簡介 李偉 電磁工程師 高壓電器、電力系統領域從業十多年，對電力行業產品設計優化較為熟悉。針對高壓變壓器、高壓電力開關等產品的設計優化有著豐富的設計經驗。 適用人群 高壓電器、電力系統領域、電力行業研發設計人員、高壓電器、電力工程等領域的大專院校研究生。 點擊報名：https://v.ansys.com.cn/live/Em8LzuGo?source=jishulink
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7月Ansys直播合集 | LS-DYNA、Speos、zemax、電源芯片、光子集成...
本月推出6場Ansys直播，涉及Speos、LS-DYNA、zemax、電源芯片、光子集成等，以下為直播場次列表。 點擊直播名稱，了解更多~ 7月4日 Ansys Speos Texture Mapping功能介紹及使用技巧 7月6日 Ansys Speos在HUD仿真中的解決方案 7月18日 LS-DYNA電池結構高級技術分析 7月20日 Ansys 多物理場解決方案在電源管理芯片的應用 7月25日 Ansys Zemax 生物醫療應用解決方案 7月27日 采用 Ansys 設計優化光子集成器件與電路 接下來，我們將對每場直播進行介紹，大家可以選擇自己感興趣的直播進行報名。 Ansys Speos Texture Mapping功能介紹及使用技巧 Ansys Speos是專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件，強大的解決方案提供完美的可視化光學系統，是全球唯一可依據人眼視覺特征和物體真實物理屬性進行的現實場景仿真的專業軟件。高逼真的視覺仿真需要真實的物理光學屬性，以及真實的材料貼圖。SPEOS Texture Mapping允許你模擬出材質紋理的真實感。本次網絡研討會主要介紹Texture Mapping功能以及使用技巧。 點擊報名：https://v.ansys.com.cn/live/43FFoWTD?source=jishulink Ansys Speos在HUD仿真中的解決方案 汽車平視顯示器（HUDs）在駕駛員的視野內顯示數據。最好的HUD設計應該符合人體工程學，使駕駛者能夠始終將目光放在道路上。隨著高級駕駛輔助系統（ADAS）市場的增長，對HUD的需求也在增加。
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