Lumerical MODE的案例
基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
本教程以常規波導為例，用Lumerical Mode Solution模塊計算尋解特定中心波長下的本征模式。
目標模型：
常規F-P波導結構腔面
定義材料
打開Mode軟件，點擊Materials控件，在材料庫中定義目標材料。點擊“add”添加新材料，選擇第一行“（n，k）material”。該材料由折射率實部和虛部定義。
定義材料的名稱，顏色，網格次序等屬性：
構建波導實體
點擊Structure控件選擇對應特征的幾何體，這里主要是長方體Rectangle。
根據目標模型給幾何體設定尺寸參數：
賦予幾何體材料屬性，點擊對話框中的material頁，下拉材料庫選擇目標材料，注意自己剛開始定義的材料名稱。
由于波導在y方向可以認為無限長，因此仿真計算區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行Run運算求解本征模式，包括TE模式，TM模式以及混合模式等。
Run運行求解器
等待求解完成后，分析模擬結果
***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。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。
在結果頁中的Mode Plot options中可以選擇想要查看的分量結果。
結果輸出
當求解完成后，關閉光場圖結果頁。展開FDE模塊樹可以右擊已算出的模式數據包，
選擇想要輸出的結果，比如電場圖E、磁場圖H、能量場P以及遠場圖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，該方法已經被成熟運用于相關論文本征模式光場的作圖與分析：
最后，有相關需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 【Lumerical系列】無源器件-端面耦合器2丨十字型異質多芯波導
因此，通過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成定向耦合器的上下波導（下端波導為Si劈尖波導，上端波導為 劈尖波導）的有效折射率的差值，通過分析比較二者的折射率差值大小來確定絕熱型定向耦合器2根劈尖波導的形狀，以達到最優的模斑轉換效率。圖4展示了在不同Si波導、 波導寬度下，兩波導組合結構的有效折射率與單個波導的有效折射率的相對差值，差值越大說明 光場的耦合越強。
圖4 雙波導有效折射率與單波導有效折射率的相對差隨波導寬度的變化。（a）TE模；（b）TM模
在確定劈尖波導的寬度后，還需對劈尖波導的長度進行掃描，包括絕熱劈尖長度和 -十字波導劈尖長度。這部分同樣可使用Ansys Lumerical MODE模塊中的EME Solver進行掃描，可得這兩部分長度分別對模場轉換效率的影響，分別如圖5（a）和圖5（b）所示。
圖5（a）絕熱劈尖長度對模場轉換效率的影響；（b）Si3N4-十字波導劈尖長度對模場轉換效率的影響
性能分析與總結
本篇文章主要是通過Ansys Lumerical MODE模塊中的FDE Solver 和EME Solver，完成了對器件結構的設計。圖6所示的仿真結果展示了SOI條形直波導與高數值孔徑光纖（模場直徑為4.0 μm）之間的模場轉換情況。圖6（a）展示了在1550 nm波長處所設計的端面耦合器在不同橫截面處的光場分布，從圖中可以看出，光場在I~III區域通過絕熱劈尖實現了從下端Si劈尖波導到中心 劈尖波導的轉移，光場在IV~V區域通過 錐形波導實現了從中心 波導到十字型波導結構的轉移，模斑尺寸逐漸變大，直至在端面處與光纖完成對接。圖6（b）是光場在耦合器內傳輸的剖面圖。
展開 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 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 
Lumerical Mode分析鈮酸鋰定向耦合器的側壁傾角對耦合效率的影響
因此，采用仿真工具Lumerical 系列軟件求解鈮酸鋰波導的本征模式。為了方便修改參數，采用腳本編寫波導結構
控制波導頂面寬度為W_top，厚度為Hs，傾角為，這樣底邊
W_bottom=W_top+2*Hs/tan(/180*pi)。
波導四個角的坐標可以定義為
（-W_bottom/2,0）（W_bottom/2,0）（-W_top/2,Hs）（W_top/2,Hs）
通過計算鈮酸鋰波導支持的四個模式在傾角50到90度的有效折射率，可以看出這個傾角的變化會使得有效折射率，減小。在這里值得指出的是，盡管有效折射率變化量比較小，但是波導的長度很長的話，累積的變化也非常大的。
接下來，小編采用腳本編寫了一個鈮酸鋰基的定向耦合，考慮兩種情況：側壁垂直和側壁傾斜。
首先，第一種情況：側壁垂直的情況。這類情況是做仿真時最常考慮的，因為鈮酸鋰無法精準刻蝕，因而在計算中往往會用側壁垂直來近似替代側壁傾斜的情況。這樣可能是一種比較理想的方案。
在計算中，小編也發現側壁垂直的模型建立起來比較簡單，得出的結果也比較好，如下圖所示，定向耦合的兩個端口耦合效率區分度非常高的，波長1550nm處的區分度可以達到100%。此時的光場分布也顯示出定向耦合器的單向性。
（二）側壁傾斜
然而，當保持其他參數不變的條件下，使得鈮酸鋰波導側壁從垂直變化到傾斜，情況卻發生比較大變化。入射光此時并不能只耦合到輸出口中的一個了，而是兩個口均有光輸出。這與側壁保持垂直的情況有所不一樣。此時，光場分布也證實了這點。
（三）不同傾斜角的耦合效率
為了進一步考察側壁傾角對耦合效率的影響，小編把傾角改為40°、50°、60°、70°、80°和90°做比較，如下圖所示。
展開 Lumerical案例實操|使用MODE模塊中的FDE和varFDTD進行微環的設計和初步仿真
圖1 （a）MRR結構示意圖；（b）傳輸譜圖
MRR設計仿真實操
本次案例我們將展示如何使用MODE進行MRR的設計。本次案例仿真主要分為如下步驟：
建立一個MRR模型。添加FDE求解器，求解波導的群折射率以及耦合長度等參數。添加并設置varFDTD求解器。加入光源以及其他監視器（包括頻域監視器，時間監視器等）。運行仿真與結果分析。
案例實操：
第一步：在進行模型建立時我們可以通過Lumerical軟件自帶的物件庫添加MRR結構，當然也可以通過腳本編寫結構與材料模型，這樣更有利于結構參數的優化掃描，本次仿真實操選擇直接從物件庫進行添加。首先是加入SIO2襯底層，其具體參數如圖2所示。SI芯層是MRR結構，我們選擇直接在物件庫中添加，具體參數如圖3所示。
圖2 SIO2襯底層參數
圖3 MRR具體參數
第二步：在進行參數確定時，某些參數我們可以通過計算提前得出。比如MRR的自由光譜范圍（FSR）可表示為下式：
其中λ表示波長， 表示群折射率，因此，要想設計特定FSR的MRR，除了需要特定的環形諧振腔長度L，還需要知道波導的群折射率。因此，我們將FDE求解器添加到輸入波導附近，如圖4（a）所示，通過計算可得波導的群折射率如圖4（b）所示，結果顯示在1550nm處波導的群折射率約為4.63。FDE求解器的具體參數設置如圖5所示。本次案例所設計FSR在1550nm處為25.6nm，通過計算可得所需的環形諧振腔長度L約為20.2μm 。
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物理光學仿真：擅長lumerical mode device fdtd rsoft comsol optisystem optibpm等某一個仿真軟件即可。
幾何光學設計：擅長zemax virtual.lab asap codev lighttools等某一軟件即可。
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展開 技術鄰周報 第5期：Abaqus/MATLAB/Ansys/Comsol/LS-DYNA...
5、基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
作者：
320科技工作室
鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802785
在波導中往往要從本征模式分析確定波導腔內內能夠傳輸的模式。本教程以常規波導為例，用Lumerical Mode Solution模塊計算尋解特定中心波長下的本征模式。
6、Abaqus飽和粘土的三軸試驗
作者：
abaquser
鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802778
此示例是 Abaqus 中提供的修改后的 Cam-clay 塑性模型的簡單演示。Cam-clay 理論為飽和粘土的實驗觀察行為提供了合理的匹配，屬于 Roscoe 和他的同事開發的臨界狀態塑性模型系列（參見 Roscoe 和 Burland-1968 以及 Schofield 和 Wroth-1968）。
7、【iSolver案例分享】電連接器端子變形分析
作者：
餅干樹
鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1802796
在iSolver的靜力分析中，載荷隨時間增量步變化，但在求解過程中不考慮時間、慣性等因素，得到結構的位移－時間、應力－時間等數據與物理時間無關，而此處的時間可以認為是一個中間量，通過這個中間量控制載荷增加，每一個載荷狀態都會得到結構相應的位移、應力等。
8、還在為寫分析報告時圖片不夠清晰而發愁？實用小技巧-ANSYS如何輸出高清圖片？
展開 Ansys 2026 R1 | Ansys Lumerical功能更新
Ansys Lumerical 2026 R1 三大核心功能
OptoCompiler&Lumerical
協同工作流
功能描述：
Synopsys OptoCompiler與Lumerical FDTD、MODE及Multiphysics之間的直接橋接
Lumerical INTERCONNECT求解器集成至Synopsys OptoCompiler
利用CML Compiler為PrimeSim生成光子VA模型
解決的問題：通光子器件設計
行業：電信、半導體、高科技
Synopsys/Ansys產品工作流：
Synopsys OptoCompiler，Lumerical FDTD，Lumerical MODE，Lumerical Multiphysics，Lumerical INTERCONNECT and Lumerical CML Compiler
目標受眾：光電系統設計師、光子集成電路設計師、器件設計師
Sentaurus TCAD-Lumerical FDTD
工作流
功能描述：將TCAD中的精確結構導入Lumerical FDTD，運行光學仿真，隨后將FDTD結果導出至SDevice，用于CMOS圖像傳感器設計。
解決的問題：考慮刻蝕偏差及厚度變異性的幾何形狀一致性傳播，應用于光學FDTD仿真及電-熱-光耦合。
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 Ansys Lumerical 2025 R1的新功能
</li></ul><p><br></p><p><strong>使用Ansys Lumerical MODE和Lumerical FDTD數據集進行重疊計算</strong></p><p><strong>重疊腳本命令現在接受數據集</strong></p><ul><li class="ql-align-justify">創建、保存和加載字段并對其執行重疊積分計算的靈活性大大提高。</li><li class="ql-align-justify">以前的版本僅限于來自GUI的D-card輸入，這是在腳本中計算“重疊積分”時的一個限制。</li><li>數據集比D-card更靈活，方便從MODE或FDTD的任何監視器操作字段。</li></ul><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/5b468056fadd4e8a83c3cf0eee010e85"></p><p><strong>Ansys Lumerical FDTD中的體全息光柵</strong></p><ul><li>新的層重復功能可用于模擬RCWA中的體全息光柵。</li></ul><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/16edbe95edae43fd9794b67e1b8cf26d"></p><ul><li>可以重復單個周期（1個周期的20層重復20次相當于400層）。</li></ul><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/ab16aa4dcb10460c9eecb526997deb56"></p><ul><li>在保證精度相同的情況下比全息圖快5倍。
展開 
Ansys Lumerical光子學仿真工具介紹
Ansys Lumerical RCWA
Ansys Lumerical RCWA 求解器可用于分析平面波入射到周期性結構上的光學響應。與 STACK 求解器不同，RCWA求解器可用于幾何形狀具有周期性變化的結構，例如光子晶體和衍射光柵。由于仿真時間通常比FDTD短得多，RCWA求解器是分析周期性結構的理想工具。
Ansys Lumerical MODE
MODE 是一款基于光波導設計環境的專業仿真和綜合分析工具。該軟件包含雙向傳輸的 EME 算法和變分VarFDTD 以及FDE有限差分本征模算法，可以方便地設計仿真大型平面波導結構和長距離傳輸器件，以獲得準確的空間場、頻散特性和重疊積分分析等。
MODE支持 Lumerical多物理場仿真，和 CHARGE和HEAT的聯用讓 MODE能夠處理集成光學中的光、電和熱效應。其設計環境也提供腳本化功能、支持后處理和優化程序，讓用戶可以更有效地實現復雜 器件的設計要求。
Ansys Lumerical Charge
CHARGE 基于有限元漂移- 擴散方法，能為設計師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。CHARGE 可自洽求解描述靜電勢 (泊松方程) 和自由載流子密度(漂移- 擴散方程) 的方程組。
展開 Ansys Lumerical | 通過微透鏡和端面耦合器將光纖與光子芯片耦合
步驟1：Lumerical MODE 中的光纖分析（可選）
使用FDE求解器求解光纖的模式，并通過.ZBF格式將模場導出到OpticStudio。
步驟2：Zemax OpticStudio中的微透鏡對準
在此步驟中，我們使用OpticStudio中的POP分析工具對微透鏡進行建模，并將場從光纖傳播到芯片邊緣。我們通過鏡頭數據編輯器中的參數定義平移偏移（垂直、水平、散焦）和旋轉錯位。然后導出場和對準參數以供進一步分析。
步驟3：Lumerical FDTD中的自由空間到導模
接下來，我們將場導入Lumerical FDTD，并使用對齊參數設置自定義源。該FDTD允許我們非常籠統地定義源，并無縫地從自由空間移動到導模區域。計算傳輸功率，并將電磁場保存為最后一步的輸入。
步驟4：Lumerical MODE計算模斑轉換器
EME求解器用于仿真SSC中的模式轉換過程，使用來自FDTD的場，并返回最終的功率耦合。
運行和結果
步驟1：FDE中的光纖分析
1. 打開文件“Step1_Fiber_Device.lms”
2. 打開腳本文件“Step1_run_FDE_EC.lsf”并將變量“file_path”中的路徑更改為您的 Zemax POP 文件夾
3. 運行腳本
該文件包含單模（SMF-28）光纖的FDE模型。
該光纖通過結構組進行參數化，其中可以定義纖芯半徑（請注意，還可以添加纖芯/包層折射率等附加參數）。可以通過object library訪問更多光纖模型，通過對象基元或導入的CAD對象進行定義。
在“Script File Editor”選項卡中，我們將文件路徑設置為項目文件夾“./POP/BEAMFILES/”，如果您尚未在步驟2中提取Zemax項目，則該文件路徑不存在。
展開 【Lumerical系列】無源器件-復用器件（2）
本期是Lumerical系列中無源器件專題-復用器件的第二期，主要內容為波分復用器的設計與仿真，并以典型的級聯微環（MRR）型波分復用器為例進行仿真實操。首先簡述了微環諧振器作為波分復用器的工作原理，然后使用Lumerical軟件中的MODE模塊進行了雙微環級聯的仿真實操，最后使用INTERCONNECT模塊進行四微環級聯的仿真實操。
工作原理
MRR是一種由環形波導構成的諧振腔結構，當光從輸入端耦合進MRR后，
會被限制在環形諧振腔內循環傳輸，對于一些特定波長的光，其在MRR中傳輸一周之后的相位變化量是2π的整數倍，使得該光會與輸入光發生相長干涉，當光不斷輸入MRR后，光能在MRR中穩定分布，傳輸和貯存，這就是MRR的諧振態。而其他波長的光無法與輸入光發生相長干涉，使其無法在MRR中穩定傳輸，這就是非諧振態。由相長干涉的條件可知，對于諧振態的光，其會滿足下式：
式中neff表示波導的有效折射率；L為環形諧振腔的長度；m為整數。
傳統的上下載型MRR的基本結構如圖1（a）所示，它由兩個直波導和一個環形諧振腔構成。在耦合區1中，假設直波導在耦合前后的電場強度的分別為 A1和A2，而環形波導中的電場分別為B1和B2。在耦合區2中，直波導兩側的電場強度分別為A4和A3，對應的環形波導中的電場分別為B4和B3。定義其耦合系數為k；透過系數為t；環形波導內的損耗系數為a；而光在環形波導中傳輸一周所積累的相位為φ=2πLneff/λ，其中L表示環形波導的周長。
展開 推薦 | Ansys渠道合作伙伴活動4月活動安排
時間：4月28日 ，14:00-16:00
合作伙伴：武漢慧和聚成科技有限公司
地點：線上
費用：免費
立即報名
4月28日 | 新思x Ansys 工具鏈在光電調制器中的應用
簡介：會議首先介紹OptoCompiler讓我們從版圖到PDK打包的高度整合體驗，可在Lumerical中使用參數化可調的版圖文件，讓組件優化更方便，仿真數據的PDK直接與optoCompiler 整合，直通EDPA平臺調用。
接著介紹使用Lumerical MODE，CHARGE 求解器仿真MZM，計算半導體結構的寄生參數串聯HFSS,算出眼圖。以及使用MQW求解,計算EAM調制器不同well的吸收譜，將其n k 帶到FDTD觀察光的傳播與吸收，進一步了解光吸收影響載子濃度的分布。
時間：4月28日 ，10:00-11:00
合作伙伴：上海莎益博
地點：線上
費用：免費
立即報名
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