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關注創建者:匿名 創建時間:2026-01-04
光子集成的視頻教程
Ansys Lumerical光子集成電路PIC 有源器件的設計與仿真
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。
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光子集成的實例教程
隨著中美關系的惡化,光子集成芯片的設計也成為目前的一個“卡脖子”技術。本文主要說明如何用OptSim Circuit和OptoDesigner兩款軟件,進行數據中心常用的QPSK收發器光子集成芯片設計。
圖1:QPSK發射端的設計示意圖
如圖1 所示,QPSK發射端主要由分束器,馬赫-曾德爾調制器,相位調制器等組成。
圖2:OptSim Circuit中發射端的原理圖設計
圖2是在OptSim Circuit軟件中,實現的QPSK發射端的原理圖設計。設計中各個單元器件均來自Tower Semiconductor的PDK套件。
圖3:QPSK接受端的設計示意圖
如圖3所示,QPSK接受端主要由方向耦合器,光探測器,相位調制器等組成。
圖4:OptSim Circuit中的接收端原理圖設計
圖4是在OptSim Circuit軟件中,實現的QPSK接收端的原理圖設計。設計中各個單元器件均來自Tower Semiconductor的PDK套件。
圖5:OptSim Circuit中的QPSK測試平臺
為了仿真QPSK的性能,在OptSim Circuit中搭建了如圖5所示的測試平臺。如圖6所示,眼圖非常清晰。
圖6:OptSim Circuit中的QPSK仿真的眼圖結果
仿真驗證無誤之后,OptoDesigner 將對應的版圖做出(如圖7所示)。得到的版圖布局直接可以通過foundry去流片獲取芯片。
圖7:OptoDesigner中的版圖布局
本文只是光子集成芯片的一個范例。如有其它關于光子集成芯片的需求,歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號:320科技工作室。
展開 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。
展開 source=jishulink
采用 Ansys 設計優化光子集成器件與電路
光子器件設計師將在本次會議中學習如何使用 Ansys Lumerical Multiphysics和 optiSLang 設計有源光子組件。我們將展示使用 FDTD、MODE、CHARGE 和 optiSLang 進行 ring modulator的多物理場仿真,PIC 設計人員將學習如何使用我們的光子電路求解器INTERCONNECT 和優化工具 optiSLang 來優化光子集成電路,同時還會展示使用 INTERCONNECT 和 optiSLang 優化 4 通道 DWDM 電路。
點擊報名:https://v.ansys.com.cn/live/E1oDMLWU?source=jishulink
展開 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。
展開 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!

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光子集成電路的光柵耦合器
另一個領域是共封裝光學,這是由光學元件和封裝基板上的硅組成的集成系統。共封裝光學器件旨在應對現代電子產品的功耗和帶寬挑戰,并被視為光子集成電路開發的重要基石。一些主要應用包括增強現實、虛擬現實、圖像傳感器和光通信等。
</p><p><strong>內容簡介:</strong>集成光子器件是構筑大規模、低功耗片上光信息傳輸與處理系統的基石。傳統的集成光子器件設計方法依賴固有知識和經驗,難以并行處理多個波導模式,且體積、帶寬受限。我們提出利用變換光學來設計支持多個波導模式傳輸的超緊湊多模波導彎曲、交叉及多模微環腔,且支持數百納米帶寬。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消,從而產生混合表面等離子體光波導。
表面等離子體光波導呈亞波長模態,小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的,這一想法讓業界振奮不已,從而為能夠在光學頻率下進行納米級信息處理的芯片級器件開辟了可能性。
INTERCONNECT模型
INTERCONNECT是Ansys Lumerical旗下的一款光子集成電路仿真器,可在時域和頻域內對多模、雙向及多通道光子集成電路(PIC)進行建模。NTERCONNECT模型既可在獨立的INTERCONNECT設計平臺中使用,也可在Virtuoso互操作平臺中使用。無論哪種情況,INTERCONNECT都是用于求解光學元件的引擎。
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
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。
,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。
在光學、光子學、集成電路與光通訊領域擁有超過十年的行業經驗,專注于光子集成電路(Photonic Integrated Circuits, PICs)的組件層級設計與優化、電路層級仿真、版圖實作以及實體驗證,并成功協助客戶于多種代工廠完成數百次 PIC tape-out。
光波導作為 AR/VR 顯示、光通信、光子集成芯片等領域的核心光學組件,正驅動下一代光電產業的技術革新。但從設計到量產的全流程中,跨尺度物理建模、多物理場耦合、光柵參數優化、雜散光抑制等核心難題,讓大多的光學工程師反復陷入設計陷阱。
當前主流光學軟件在光波導場景下存在顯著功能短板,而行業高速擴張的需求與設計工具的滯后性形成尖銳矛盾。
作為光電子仿真領域的行業標桿,Ansys 提供覆蓋器件、光子集成電路(PIC)到系統級的完整解決方案,其多物理場協同與器件-系統級無縫銜接,使設計流程更加高效靈活,助力實現從設計到制造的全流程優化。
為促進光電子領域的交流與合作,5 月19 日,「Ansys 光電子仿真行業研討會」將在武漢舉辦。