光子器件仿真的案例
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。可以選擇各種非線性、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 客戶案例 | Ansys與臺積電和微軟合作加速光子仿真
<p class="ql-align-justify"><strong style="color: rgb(31, 73, 125);">Ansys與臺積電和微軟展開合作，將硅光子器件的仿真和分析速度提高10倍以上</strong></p><h2 class="ql-align-justify"><strong style="color: rgb(0, 122, 170);">主要亮點</strong></h2><ul><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">借助使用NVIDIA圖形處理單元（GPU）的Microsoft Azure虛擬機，Ansys Lumerical? FDTD 3D電磁仿真的光子器件仿真速度實現了10倍提升</span></li></ul><p><span style="color: rgb(63, 63, 63);"><span class="ql-cursor">?</span></span></p><ul><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">憑借Azure云平臺的可擴展性，Ansys軟件提供了理想的綜合平臺，可應用于數據通信、生物醫學工具、汽車激光雷達系統和人工智能 (AI) 等領域，以應對新一輪的硅光子集成電路（PIC）技術浪潮</span></li></ul><p><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(63, 63, 63);">近日，Ansys和臺積電日前宣布與微軟成功合作開展試點項目，實現了硅光子器件的仿真和分析速度的顯著提升。
展開 業界領先的光子學仿真工具 | 《Ansys Lumerical產品解決方案》現已開放領取
Ansys Lumerical包含以下模塊：
· FDTD--微納光子器件仿真的標準工具
· Stack--分析多層膜的最佳仿真工具
· RCWA--分析平面波入射到周期性結構上的光學響應
· MODE--基于光波導設計環境的專業仿真和綜合分析工具
· Charge--對有源光子和光電半導體器件中的電荷傳輸提供正確的工具進行綜合全面的仿真
· Heat--提供綜合全面的熱仿真功能
· DGTD--解決最具挑戰性的納米光子模擬
· FEEM--對復雜幾何形狀和材料中的波導模式，等效折射率，電場分布等進行高精度分析
· MQW--準確模擬帶結構、增益、以及多量子阱結構的自發輻射特性
· Interconnect--光子集成電路仿真器，可驗證多模、雙向和多通道PIC
· CML Compiler--高效、自動化地創建緊湊模型庫
· 拓展應用
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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 
Ansys Lumerical光子學仿真工具介紹
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
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，能被廣泛應用于微納光電子器件、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。
Ansys Lumerical Stack
STACK 是分析多層膜的最佳仿真工具，和求解麥克斯韋方程相比能迅速仿真如抗反射膜、OLED、VCSEL等組件的光學特性。能精準描述多層膜的波動光學特性，如干涉以及微腔效應，并支持平面波和偶極子光源。STACK 支持腳本運算，通過API能和Python 或Matlab 互操作。
展開 Ansys Lumerical | 光子集成電路光電元件設計
光子集成電路 (PIC) 是眾多當前和下一代產品的關鍵支撐技術。PIC 將微電子領域常見的半導體材料和制造工藝與光的編碼、傳輸和檢測相結合，通過將帶寬與計算核心之間的距離拉近，改變了數據中心的通信方式，并加速了自動駕駛領域 LiDAR 和未來信息處理領域量子計算等新興應用的發展。
電子和光子之間的連接是通過能夠在光信道上編碼電信號，并將光轉換回電信號來恢復信息的器件實現的。在 PIC 中，電光調制器和光電探測器是實現這些轉換的基本光電元件。
隨著對帶寬、功效和靈敏度的需求不斷增長，需要尖端的仿真技術將器件模型與制造工藝及其完整的多物理場行為聯系起來。將 Silvaco Victory Process 與 Ansys Lumerical 軟件相結合，實現支持 TCAD 的光子器件仿真，為設計師和工程師提供了必要的工具，可以完整準確地預測、分析和優化光電器件的行為。
工作流概述
光子集成電路 (PIC) 的光電元件設計始于對物理結構和摻雜分布的精確建模，這些結構和摻雜分布定義了器件的光學和電學行為。目標是創建一個能夠反映制造后的器件的物理模型。設計流程從制造工藝的輸入開始：材料和掩模圖案與蝕刻、注入、退火和生長條件相結合。雖然結構的幾何 CAD 模型可以作為早期設計探索的起點，但使用 Silvaco Victory Process 進行工藝仿真對于建立制造步驟和最終物理結構之間的聯系是必不可少的。圖 1 說明了使用 Victory Process 輸入進行光子器件仿真的工作流程。
圖 1. Ansys Lumerical 光子器件仿真工作流程，其中采用 Silvaco Victory Process 的 TCAD 輸入
幾何效應（例如受蝕刻影響的側壁角度和共形沉積的層界面）對于精確仿真光傳播非常重要 [1]。
展開 Lumerical光子集成電路光電元件設計
光子集成電路 (PIC) 是眾多當前和下一代產品的關鍵支撐技術。PIC 將微電子領域常見的半導體材料和制造工藝與光的編碼、傳輸和檢測相結合，通過將帶寬與計算核心之間的距離拉近，改變了數據中心的通信方式，并加速了自動駕駛領域 LiDAR 和未來信息處理領域量子計算等新興應用的發展。
電子和光子之間的連接是通過能夠在光信道上編碼電信號，并將光轉換回電信號來恢復信息的器件實現的。在 PIC 中，電光調制器和光電探測器是實現這些轉換的基本光電元件。
隨著對帶寬、功效和靈敏度的需求不斷增長，需要尖端的仿真技術將器件模型與制造工藝及其完整的多物理場行為聯系起來。將 Silvaco Victory Process 與 Ansys Lumerical 軟件相結合，實現支持 TCAD 的光子器件仿真，為設計師和工程師提供了必要的工具，可以完整準確地預測、分析和優化光電器件的行為。
工作流概述
光子集成電路 (PIC) 的光電元件設計始于對物理結構和摻雜分布的精確建模，這些結構和摻雜分布定義了器件的光學和電學行為。目標是創建一個能夠反映制造后的器件的物理模型。設計流程從制造工藝的輸入開始：材料和掩模圖案與蝕刻、注入、退火和生長條件相結合。雖然結構的幾何 CAD 模型可以作為早期設計探索的起點，但使用 Silvaco Victory Process 進行工藝仿真對于建立制造步驟和最終物理結構之間的聯系是必不可少的。圖 1 說明了使用 Victory Process 輸入進行光子器件仿真的工作流程。
圖 1. Ansys Lumerical 光子器件仿真工作流程，其中采用 Silvaco Victory Process 的 TCAD 輸入
幾何效應（例如受蝕刻影響的側壁角度和共形沉積的層界面）對于精確仿真光傳播非常重要 [1]。
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 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 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 
7/29 與Foundry工藝兼容的Lumerical新版光子器件設計流程
內容簡介：
光子集成電路近年在眾多應用領域包括數據通訊，RF，傳感，AR/VR，自動駕駛和醫療等得到了快速發展。光電工藝設計套件（PDKs）的開發對于硅光技術在這些領域的商用至關重要。Ansys基于PDK-driven methodologies的思路創新的提供了一種基于工藝的器件設計流程，可以幫助設計人員添加符合Foundry生產規范的自定義器件庫，快速實現可用器件庫的擴充。
在設計流程中，用戶可通過Ansys Lumerical的DEVICE Suite高效可靠的實現與Foundry工藝兼容的器件仿真設計，幫助設計者更有信心的實現器件仿真與鑄造工藝一致性。Ansys與世界領先的硅光Foundry積極合作，為新的設計流程提供充分支持，并在其PDK中已提供了所需的工藝文檔。
無論是PDK設計人員或是PIC的終端產品設計者，都將從本次網絡研討會學習到符合工藝規范流程的自定義設計流程和所需工具的實用知識。本次網絡研討會從研發這項工作流程的動機和概述開始，然后會進一步演示如何通過DEVICE Suite中改良版的Layer Builder工具，創建和使用Foundry提供的工藝文件。網絡研討會最后會提供現有晶圓廠對該設計流程支持的討論環節。
培訓時間及內容：
2020年7月29日 10:00-11:00
報名鏈接：http://event.31huiyi.com/1891235984/index?c=jishulink
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 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 【Ansys線上直播回看】與Foundry工藝兼容的Lumerical新版光子器件設計流程
『點擊觀看直播回放』
光子集成電路近年在眾多應用領域包括數據通訊，RF，傳感，AR/VR，自動駕駛和醫療等得到了快速發展。光電工藝設計套件（PDKs）的開發對于硅光技術在這些領域的商用至關重要。Ansys基于PDK-driven methodologies的思路創新的提供了一種基于工藝的器件設計流程，可以幫助設計人員添加符合Foundry生產規范的自定義器件庫，快速實現可用器件庫的擴充。在設計流程中，用戶可通過Ansys Lumerical的DEVICE Suite高效可靠的實現與Foundry工藝兼容的器件仿真設計，幫助設計者更有信心的實現器件仿真與制造工藝一致性。Ansys與世界領先的硅光Foundry積極合作，為新的設計流程提供充分支持，并在其PDK中已提供了所需的工藝文檔。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
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立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術”圖片作品大賽，讓您有機會充分發揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
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