Lumerical MODE
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-12-20
Lumerical MODE的實(shí)例教程
本教程以常規(guī)波導(dǎo)為例，用Lumerical Mode Solution模塊計(jì)算尋解特定中心波長(zhǎng)下的本征模式。
目標(biāo)模型：
常規(guī)F-P波導(dǎo)結(jié)構(gòu)腔面
定義材料
打開(kāi)Mode軟件，點(diǎn)擊Materials控件，在材料庫(kù)中定義目標(biāo)材料。點(diǎn)擊“add”添加新材料，選擇第一行“（n，k）material”。該材料由折射率實(shí)部和虛部定義。
定義材料的名稱(chēng)，顏色，網(wǎng)格次序等屬性：
構(gòu)建波導(dǎo)實(shí)體
點(diǎn)擊Structure控件選擇對(duì)應(yīng)特征的幾何體，這里主要是長(zhǎng)方體Rectangle。
根據(jù)目標(biāo)模型給幾何體設(shè)定尺寸參數(shù)：
賦予幾何體材料屬性，點(diǎn)擊對(duì)話框中的material頁(yè)，下拉材料庫(kù)選擇目標(biāo)材料，注意自己剛開(kāi)始定義的材料名稱(chēng)。
由于波導(dǎo)在y方向可以認(rèn)為無(wú)限長(zhǎng)，因此仿真計(jì)算區(qū)域只需建立二維本征求解器即可。模型建立完整之后可以進(jìn)行Run運(yùn)算求解本征模式，包括TE模式，TM模式以及混合模式等。
Run運(yùn)行求解器
等待求解完成后，分析模擬結(jié)果
***注意Mode list表單中給出的信息，有幾行就代表求解到的模式數(shù)。TE polarization fraction是指TE模式純粹度。若該值為100，則表示純TE模式，若該值為0，則表示TM模式。
在結(jié)果頁(yè)中的Mode Plot options中可以選擇想要查看的分量結(jié)果。
結(jié)果輸出
當(dāng)求解完成后，關(guān)閉光場(chǎng)圖結(jié)果頁(yè)。展開(kāi)FDE模塊樹(shù)可以右擊已算出的模式數(shù)據(jù)包，
選擇想要輸出的結(jié)果，比如電場(chǎng)圖E、磁場(chǎng)圖H、能量場(chǎng)P以及遠(yuǎn)場(chǎng)圖farfield等
**輸出格式可以是圖片或者記事本文檔，建議輸出后者以便加工作圖
總結(jié)，該方法已經(jīng)被成熟運(yùn)用于相關(guān)論文本征模式光場(chǎng)的作圖與分析：
最后，有相關(guān)需求歡迎通過(guò)微信公眾號(hào)聯(lián)系我們。
展開(kāi) 因此，通過(guò)Ansys Lumerical MODE模塊中的FDE Solver仿真了絕熱型定向耦合器的有效折射率與構(gòu)成定向耦合器的上下波導(dǎo)（下端波導(dǎo)為Si劈尖波導(dǎo)，上端波導(dǎo)為 劈尖波導(dǎo)）的有效折射率的差值，通過(guò)分析比較二者的折射率差值大小來(lái)確定絕熱型定向耦合器2根劈尖波導(dǎo)的形狀，以達(dá)到最優(yōu)的模斑轉(zhuǎn)換效率。圖4展示了在不同Si波導(dǎo)、 波導(dǎo)寬度下，兩波導(dǎo)組合結(jié)構(gòu)的有效折射率與單個(gè)波導(dǎo)的有效折射率的相對(duì)差值，差值越大說(shuō)明 光場(chǎng)的耦合越強(qiáng)。
圖4 雙波導(dǎo)有效折射率與單波導(dǎo)有效折射率的相對(duì)差隨波導(dǎo)寬度的變化。（a）TE模；（b）TM模
在確定劈尖波導(dǎo)的寬度后，還需對(duì)劈尖波導(dǎo)的長(zhǎng)度進(jìn)行掃描，包括絕熱劈尖長(zhǎng)度和 -十字波導(dǎo)劈尖長(zhǎng)度。這部分同樣可使用Ansys Lumerical MODE模塊中的EME Solver進(jìn)行掃描，可得這兩部分長(zhǎng)度分別對(duì)模場(chǎng)轉(zhuǎn)換效率的影響，分別如圖5（a）和圖5（b）所示。
圖5（a）絕熱劈尖長(zhǎng)度對(duì)模場(chǎng)轉(zhuǎn)換效率的影響；（b）Si3N4-十字波導(dǎo)劈尖長(zhǎng)度對(duì)模場(chǎng)轉(zhuǎn)換效率的影響
性能分析與總結(jié)
本篇文章主要是通過(guò)Ansys Lumerical MODE模塊中的FDE Solver 和EME Solver，完成了對(duì)器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。圖6所示的仿真結(jié)果展示了SOI條形直波導(dǎo)與高數(shù)值孔徑光纖（模場(chǎng)直徑為4.0 μm）之間的模場(chǎng)轉(zhuǎn)換情況。圖6（a）展示了在1550 nm波長(zhǎng)處所設(shè)計(jì)的端面耦合器在不同橫截面處的光場(chǎng)分布，從圖中可以看出，光場(chǎng)在I~III區(qū)域通過(guò)絕熱劈尖實(shí)現(xiàn)了從下端Si劈尖波導(dǎo)到中心 劈尖波導(dǎo)的轉(zhuǎn)移，光場(chǎng)在IV~V區(qū)域通過(guò) 錐形波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了從中心 波導(dǎo)到十字型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移，模斑尺寸逐漸變大，直至在端面處與光纖完成對(duì)接。圖6（b）是光場(chǎng)在耦合器內(nèi)傳輸?shù)钠拭鎴D。
展開(kāi) 引言
本文演示了一種將Synopsys OptoCompiler中開(kāi)發(fā)的無(wú)源光子器件版圖導(dǎo)入Lumerical產(chǎn)品進(jìn)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(kuò)展）求解器進(jìn)行光學(xué)仿真，利用Ansys Lumerical CML Compiler生成緊湊模型，并利用Ansys Lumerical INTERCONNECT進(jìn)行光子電路設(shè)計(jì)和仿真。
此工作流程僅使用Synopsys產(chǎn)品即可提供一套內(nèi)部解決方案，以應(yīng)對(duì)光子集成電路設(shè)計(jì)中的復(fù)雜挑戰(zhàn)。在光子集成電路設(shè)計(jì)中，通常需要使用不同的工具來(lái)處理版圖設(shè)計(jì)、器件仿真和線路仿真。使用此工作流程，您可以在OptoCompiler中構(gòu)建器件，使用Lumerical器件設(shè)計(jì)工具運(yùn)行多物理場(chǎng)仿真，并利用CML Compiler構(gòu)建用于INTERCONNECT線路仿真的模型，從而在版圖和設(shè)計(jì)之間架起一座強(qiáng)大的橋梁。
本文以O(shè)ptoCompiler reference optical SOI（絕緣體上硅）PDK（工藝開(kāi)發(fā)套件）中的無(wú)源1x2MMI（多模干涉儀）光子器件為例，展示了該工作流程。當(dāng)然，您也可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，將此工作流程調(diào)整為使用您選擇的自定義無(wú)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(nèi)容
本文附帶一個(gè)包含示例1x2MMI的軟件包，該示例來(lái)自O(shè)ptoCompiler reference optical SOI PDK。
展開(kāi) Lumerical是目前市場(chǎng)上專(zhuān)業(yè)的模擬光學(xué)仿真和硅基光電子設(shè)計(jì)軟件，提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠?yàn)楣庾釉O(shè)計(jì)師提供具有創(chuàng)造性，高精確度和成本效益的設(shè)計(jì)解決方案，幫助設(shè)計(jì)師開(kāi)發(fā)下一代微納尺度光子技術(shù)。
本在線直播培訓(xùn)課程將從各個(gè)論文中的案例出發(fā)，針對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真演示，完成對(duì)軟件的操作、分析及設(shè)計(jì)流程。
此次課程主要包括兩大板塊(二選一)：入門(mén)+超材料板塊；入門(mén)+波導(dǎo)光子器件板塊。
二 培訓(xùn)方式
本次培訓(xùn)全程線上授課, 采用一對(duì)一或者一對(duì)多方式進(jìn)行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術(shù)交流，
學(xué)員需要自行準(zhǔn)備電腦。
三 培訓(xùn)對(duì)象
研究方向?yàn)槌牧戏抡婊蛘卟▽?dǎo)光子器件的研究人員
四、培訓(xùn)內(nèi)容
（1）入門(mén)板塊
主要通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例對(duì)FDTD的界面和操作流程進(jìn)行介紹，并對(duì)涉及其中的材料庫(kù)、結(jié)構(gòu)組、光源和監(jiān)視器等進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明和解釋?zhuān)詈髮⒁院?jiǎn)單的案例出發(fā)對(duì)腳本建模進(jìn)行簡(jiǎn)要的展示和說(shuō)明。
一種超材料的電場(chǎng)圖
（2）超材料板塊
該板塊主要以案例為主，分別對(duì)多個(gè)論文中的超材料吸波體、可調(diào)超材料以及超透鏡進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和說(shuō)明。在本板塊將對(duì)所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，并對(duì)輸出曲線進(jìn)行相關(guān)處理，此外還包括超透鏡的計(jì)算和整體3D建模，實(shí)現(xiàn)一鍵式腳本建模方法。
超透鏡的腳本建模過(guò)程圖
偏振分束聚焦超透鏡電場(chǎng)圖
（3）波導(dǎo)光子器件板塊
該板塊從MODE軟件出發(fā)，通過(guò)其中的FDE、EME以及varFDTD板塊對(duì)簡(jiǎn)單波導(dǎo)、邊緣耦合器、光柵耦合器、Y型分束器、諧振環(huán)等光子無(wú)源器件進(jìn)行建模和相關(guān)的論文案例復(fù)現(xiàn)。
展開(kāi) 因此，采用仿真工具Lumerical 系列軟件求解鈮酸鋰波導(dǎo)的本征模式。為了方便修改參數(shù)，采用腳本編寫(xiě)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
控制波導(dǎo)頂面寬度為W_top，厚度為Hs，傾角為，這樣底邊
W_bottom=W_top+2*Hs/tan(/180*pi)。
波導(dǎo)四個(gè)角的坐標(biāo)可以定義為
（-W_bottom/2,0）（W_bottom/2,0）（-W_top/2,Hs）（W_top/2,Hs）
通過(guò)計(jì)算鈮酸鋰波導(dǎo)支持的四個(gè)模式在傾角50到90度的有效折射率，可以看出這個(gè)傾角的變化會(huì)使得有效折射率，減小。在這里值得指出的是，盡管有效折射率變化量比較小，但是波導(dǎo)的長(zhǎng)度很長(zhǎng)的話，累積的變化也非常大的。
接下來(lái)，小編采用腳本編寫(xiě)了一個(gè)鈮酸鋰基的定向耦合，考慮兩種情況：側(cè)壁垂直和側(cè)壁傾斜。
首先，第一種情況：側(cè)壁垂直的情況。這類(lèi)情況是做仿真時(shí)最常考慮的，因?yàn)殁壦徜嚐o(wú)法精準(zhǔn)刻蝕，因而在計(jì)算中往往會(huì)用側(cè)壁垂直來(lái)近似替代側(cè)壁傾斜的情況。這樣可能是一種比較理想的方案。
在計(jì)算中，小編也發(fā)現(xiàn)側(cè)壁垂直的模型建立起來(lái)比較簡(jiǎn)單，得出的結(jié)果也比較好，如下圖所示，定向耦合的兩個(gè)端口耦合效率區(qū)分度非常高的，波長(zhǎng)1550nm處的區(qū)分度可以達(dá)到100%。此時(shí)的光場(chǎng)分布也顯示出定向耦合器的單向性。
（二）側(cè)壁傾斜
然而，當(dāng)保持其他參數(shù)不變的條件下，使得鈮酸鋰波導(dǎo)側(cè)壁從垂直變化到傾斜，情況卻發(fā)生比較大變化。入射光此時(shí)并不能只耦合到輸出口中的一個(gè)了，而是兩個(gè)口均有光輸出。這與側(cè)壁保持垂直的情況有所不一樣。此時(shí)，光場(chǎng)分布也證實(shí)了這點(diǎn)。
（三）不同傾斜角的耦合效率
為了進(jìn)一步考察側(cè)壁傾角對(duì)耦合效率的影響，小編把傾角改為40°、50°、60°、70°、80°和90°做比較，如下圖所示。
展開(kāi) 
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Lumerical MODE的最新內(nèi)容
利用CML Compiler為PrimeSim生成光子VA模型
解決的問(wèn)題：通光子器件設(shè)計(jì)
行業(yè)：電信、半導(dǎo)體、高科技
Synopsys/Ansys產(chǎn)品工作流：
Synopsys OptoCompiler，Lumerical FDTD，Lumerical MODE，Lumerical Multiphysics，Lumerical INTERCONNECT and Lumerical
然后，使用Lumerical腳本在MODE中設(shè)置并運(yùn)行仿真，并采用EME求解器。最后，生成仿真文件“roMM1x2.lms”。
接著介紹使用Lumerical MODE，CHARGE 求解器仿真MZM，計(jì)算半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù)串聯(lián)HFSS,算出眼圖。以及使用MQW求解,計(jì)算EAM調(diào)制器不同well的吸收譜，將其n k 帶到FDTD觀察光的傳播與吸收，進(jìn)一步了解光吸收影響載子濃度的分布。
時(shí)間：4月28日 ，10:00-11:00
合作伙伴：上海莎益博
地點(diǎn)：線上
費(fèi)用：免費(fèi)
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工作原理
傳統(tǒng)的上下載型微環(huán)諧振器（MRR）的基本結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，它由兩個(gè)直波導(dǎo)和一個(gè)環(huán)形諧振腔構(gòu)成。當(dāng)光從輸入端耦合進(jìn)MRR后，會(huì)被限制在環(huán)形諧振腔內(nèi)循環(huán)傳輸，對(duì)于一些特定波長(zhǎng)的光，其在MRR中傳輸一周之后的相位變化量是2π的整數(shù)倍，使得該光會(huì)與輸入光發(fā)生相長(zhǎng)干涉，當(dāng)光不斷輸入MRR后，光能在MRR中穩(wěn)定分布，傳輸和貯存，這就是MRR的諧振態(tài)。而其他波長(zhǎng)的光無(wú)法與輸入光發(fā)生相長(zhǎng)干涉，使其無(wú)法在
首先簡(jiǎn)述了微環(huán)諧振器作為波分復(fù)用器的工作原理，然后使用Lumerical軟件中的MODE模塊進(jìn)行了雙微環(huán)級(jí)聯(lián)的仿真實(shí)操，最后使用INTERCONNECT模塊進(jìn)行四微環(huán)級(jí)聯(lián)的仿真實(shí)操。
我們將會(huì)從復(fù)用器件的應(yīng)用背景、基本原理、常見(jiàn)結(jié)構(gòu)以及性能參數(shù)等部分進(jìn)行講解，并使用Ansys Lumerical FDTD或者MODE模塊進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。接下來(lái)將從復(fù)用器件的基本概念開(kāi)始。
應(yīng)用背景
人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)的出現(xiàn)，使得人們對(duì)光通信的傳輸質(zhì)量和速率要求越來(lái)越高，提高光通信的信道容量是現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋厝恍枨蟆?/div>
這部分同樣可使用Ansys Lumerical MODE模塊中的EME Solver進(jìn)行掃描，可得這兩部分長(zhǎng)度分別對(duì)模場(chǎng)轉(zhuǎn)換效率的影響，分別如圖5（a）和圖5（b）所示。
Lumerical光子集成電路光電元件設(shè)計(jì)4個(gè)月前
圖 9 (b) 還顯示了導(dǎo)入 Ansys Lumerical MODE 波導(dǎo)設(shè)計(jì)環(huán)境中的相同幾何形狀的 XY 視圖。橙色矩形所示的仿真區(qū)域不包括金屬觸點(diǎn)，因?yàn)樗鼈冞h(yuǎn)離波導(dǎo)芯，因此不會(huì)與光學(xué)模式相互作用。紫色區(qū)域顯示了從 CHARGE 仿真導(dǎo)入的載流子密度分布，用于仿真金屬接觸上的電壓變化對(duì)光學(xué)模型的擾動(dòng)。
圖 10.
圖 9 (b) 還顯示了導(dǎo)入 Ansys Lumerical MODE 波導(dǎo)設(shè)計(jì)環(huán)境中的相同幾何形狀的 XY 視圖。橙色矩形所示的仿真區(qū)域不包括金屬觸點(diǎn)，因?yàn)樗鼈冞h(yuǎn)離波導(dǎo)芯，因此不會(huì)與光學(xué)模式相互作用。紫色區(qū)域顯示了從 CHARGE 仿真導(dǎo)入的載流子密度分布，用于仿真金屬接觸上的電壓變化對(duì)光學(xué)模型的擾動(dòng)。
圖 10.
Ansys光子求解器已通過(guò)認(rèn)證，可與GF FotonixTM平臺(tái)結(jié)合使用，以助力用戶(hù)設(shè)計(jì)無(wú)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(diǎn)
GlobalFoundries認(rèn)證了四款A(yù)nsys光子求解器，其中包括Ansys Lumerical FDTD?高級(jí)3D微納光子學(xué)仿真軟件和Ansys Lumerical MODE?光波導(dǎo)設(shè)計(jì)工具
其他獲得認(rèn)證的求解器還包括Ansys
