硅光子仿真
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
硅光子仿真的視頻教程
Ansys Lumerical光子集成電路PIC 有源器件的設計與仿真
在加入Lumerical之前，他有多年光學仿真工具使用經驗，并曾于日本IBM研究所、臺灣TSMC、荷蘭ASML等公司之研發(fā)部門任職，從事硅光元件、微影制程、以及極紫外光刻機開發(fā)。 更多視頻請關注Ansys數字資源中心：https://v.ansys.com.cn
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硅光子仿真的實例教程
業(yè)內已經采用固態(tài)技術作為應對這些挑戰(zhàn)的第一步，但越來越多的長期解決方案傾向于使用硅光子技術和共封裝光學。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(yè)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(zhàn)需要克服，仿真是了解這些挑戰(zhàn)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(yè)近期的創(chuàng)新技術以及仿真在推動這些創(chuàng)新技術方面發(fā)揮的作用。激光雷達系統(tǒng)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(tǒng)級為這些系統(tǒng)建模的能力對于工程師創(chuàng)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(yè)對自動駕駛汽車的未來持樂觀態(tài)度的眾多原因之一。
隨著我們逐步邁向完全自動駕駛，“互聯(lián)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(yè)高速發(fā)展時期，重大變革可能將發(fā)生，以推動包括汽車在內的各類市場的新一代技術進步。
展開 <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(xiàn)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(yī)學工具、汽車激光雷達系統(tǒng)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(xiàn)了硅光子器件的仿真和分析速度的顯著提升。
展開 硅光子技術應用的分析
調查公司Global Information發(fā)布的數據顯示，2011年有源光纜(AOC)的全球銷量為30.5萬根，銷售額為7000萬美元。并且還預測，2016年的銷量將達到78.6萬根，銷售額將擴大到1.75億美元。之所所硅光子在AOC光收發(fā)器領域取得很好的成績，是因為可以通過量產大幅降低成本，而此前的AOC采用的是基于化合物半導體的分立元件，價格相對比較高。
傳統(tǒng)光通信模塊是將三五族半導體芯片、高速電路硅芯片、無源光器件及光纖封裝而成，其中的成本主要來自三五族半導體芯片及系統(tǒng)封裝。雖然其傳輸速度可達40Gbit/s以上，但是比起使用電纜傳輸而言，價格卻昂貴得多，因此近年來，高速硅光電組件變成一項相當炙手可熱的題材，主要研究目的就是希望借由芯片量產技術降低芯片生產成本、提升良率，另一方面，可以縮小硅光電、光學組件的尺寸，進一步和后端電路整合在一起，以降低封裝成本。
總體而言，采用硅光子技術的最大特點就是成本低、速度快。當然，硅光子若進一步發(fā)展還存在兩大難題。一是，使光元件和光收發(fā)器大幅實現(xiàn)小型化和低耗電量化的方法。另一個是，進一步實現(xiàn)大容量化的王牌——密集波分復用(DWDM)技術的利用。
如今的光子晶體未采用硅基，因為很難采用硅基以高效率制作有源器件。不過，結合發(fā)光的鍺和硅等技術的話，就有可能實現(xiàn)硅基光子晶體。
另一方面，高速硅光子光傳輸可能需要DWDM。該技術早在15年前就已普遍用于長距離通信用設備等，但用于硅光子則非常難。其中一個原因是，各個光元件發(fā)出的光的波長以及通過波導的光的波長因溫度變化存在巨大偏差。將長距離通信設備使用的溫度控制功能用于硅光子技術的成本過高，不現(xiàn)實。
展開 硅光子和光電收發(fā)模塊有什么關系？
一個光電模組包含光接收器、放大器、調變器等許多組件，過去這些組件都是個別、零散地放在PCB板上，但為了提升功耗、增加信號傳輸速度，這些組件改成全整合到單一硅芯片上。
在硅平臺上的光電信號轉換，都能算在硅光子技術范疇，過程中需克服的面向也不同。也因此，為了讓讀者更好理解，我們會以硅光子發(fā)展至今的每個階段，作為分享的主軸。
集成電路下一步集成“光”路：硅光子三部曲
硅光子第一階段：從傳統(tǒng)插拔式模塊升級
硅光子已默默耕耘20多年，傳統(tǒng)的硅光子插拔式外型非常像USB接口，外接兩條光纖，分別傳輸進去和出去的光; 但插拔式模塊的電信號進入交換器前，必須走一大段路（如下圖 b），在高速運算損失又多（大），所以為了減少電損失，硅光元件改到接近服務器交換器外圍的位置，縮短電流通的距離，而原本的插拔式模組只剩下光纖。
而上述這個作法，正是目前業(yè)界積極發(fā)展的「共封裝光學模組」（CPO，Co-Packaged Optics）技術。主要是將電子集成電路（EIC）和光子集成電路（PIC）共同裝配在同一個載板，形成芯片和模組的共同封裝（即下圖 d 的 CPO 光引擎），以取代光電收發(fā)模組，使光引擎更接近 CPU/GPU（即下圖 d 芯片），縮減電傳輸路徑、減少傳輸耗損及信號延遲。
據了解，這項技術能降低成本，數據量傳輸提升8倍，提供30倍以上的算力并節(jié)省50%功耗。但目前芯片組的整合仍處于現(xiàn)在進行式，如何精進CPO技術，成為硅光子發(fā)展的下一個重要步驟。
解決 CPO 瓶頸然后呢？硅光子第二階段：解決CPU/GPU 對傳問題
目前硅光子主要在解決插拔式模塊的信號延遲之挑戰(zhàn)，隨著技術發(fā)展，下一階段將會是解決CPU和GPU傳輸的電信號問題。
展開 硅光子技術原理介紹
硅光子技術即在硅晶圓上實現(xiàn)光傳輸，用激光束代替電子信號傳輸數據，是一種基于硅光子學的低成本、高速率的光通信技術。硅光子技術的實用化和研發(fā)的推進改速度都超過了預期，其中，進展尤為快速的當屬日本。
光子學使用的材料是玻璃，光器件是基于玻璃上制作的，這與硅有所不同。由于光的波長對硅而言是透明的，如果信息完全基于硅的基礎上的話，就不能做光接收器，這是硅材料的本質不足，尤其是光源方面，所以硅材料不適合做激光器。但是硅光子技術的應用范圍可以從電路板間的數據傳輸擴大到芯片內的傳輸，并且未來硅光子技術的應用范圍有望擴大到芯片間和芯片內的傳輸，預計這方面的應用將在2020年左右實現(xiàn)實用化。
有專家表示，硅光子技術是一個原理性的技術，人們可以透過這個窗口看到以前沒有看到過的東西。如果作為獨立元件的話，它的優(yōu)勢在于獨立波長，這不像其他傳統(tǒng)的激光器，傳統(tǒng)的激光器會產生紅光、綠光，而基于硅光子的獨立元件能產生傳統(tǒng)激光器產生不了的光。
來源：中國電力電子產業(yè)網
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引言
本文演示了一種將Synopsys OptoCompiler中開發(fā)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。
<p>Ansys光學與光子學解決方案提供功能強大的設計、優(yōu)化和驗證仿真軟件，可幫助設計師更快地開發(fā)出卓越的光學產品，同時提升產品的性能、可靠性和良率。在最新發(fā)布的2026 R1 新版本中，通過簡化的雜散光分析工作流程，Ansys Zemax OpticStudio 與 Ansys Speos for NX 之間強大的光學設計交換 (ODX) 以及實用的 NEST 容差，推動了光學和光子工程的發(fā)展；Synopsys
今日16:00，Ansys官方『Synopsys-Ansys硅光芯片全新仿真方案解析』研討會將介紹 Lumerical 與 Synopsys OptoCompiler? 的光子集成電路設計集成方案。感興趣的下滑預約學習??
時間：4月28日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
本次 webinar 將會介紹 Lumerical 與 Synopsys OptoCompiler
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(fā)器，同時考慮封裝中其他區(qū)域（例如電子集成電路(EIC)、印刷電路板(PCB) 等）的發(fā)熱。
一、概述
本文以一個六通道WDM系統(tǒng)為例進行研究
所有集成電路 （尤其是高速器件）都會產生熱量。在當今密集的電子系統(tǒng)布局中，多
數情況下熱源都置于靠近熱敏性集成電路的位置。印刷電路板的設計人員經常需要考
慮熱敏器件和發(fā)熱器件的相對位置，使敏感器件不至于過熱。
有一種發(fā)熱裝置是調壓器，可以產生幾瓦的熱量，溫度會超過 70?C。如果在設計電路
板時將這樣的裝置置于靠近包含敏感硅芯片的表面貼裝封裝的位置
<p>隨著高速光通信與集成光子學技術的飛速發(fā)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(yōu)勢，成為高速光互連系統(tǒng)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(xié)同優(yōu)化，傳統(tǒng)設計方法存在效率低、迭代周期長、跨域協(xié)同難等問題。</p><p>基于此，<strong
介紹
在高約束芯片上與亞微米波導上耦合光的兩種主要方法是光柵或錐形耦合器。[1]
耦合器由高折射率比材料組成，是基于具有納米尺寸尖端的短錐形。[2]
錐形耦合器實際上是光纖和亞微米波導之間的緊湊模式轉換器。[2]
錐形耦合器可以是線性[1]或拋物線性[2]過渡。
選擇Silicon-on-insulator（SOI）技術作為納米錐和波導的平臺，因為它提供高折射率比，包括二氧化硅層作為光學緩沖器
介紹
在高約束芯片上與亞微米波導上耦合光的兩種主要方法是光柵或錐形耦合器。[1]
耦合器由高折射率比材料組成，是基于具有納米尺寸尖端的短錐形。[2]
錐形耦合器實際上是光纖和亞微米波導之間的緊湊模式轉換器。[2]
錐形耦合器可以是線性[1]或拋物線性[2]過渡。
選擇Silicon-on-insulator（SOI）技術作為納米錐和波導的平臺，因為它提供高折射率比，包括二氧化硅層作為光學緩沖器
<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
<p>當前，Ansys 2024 R2版本已正式發(fā)布，其最大亮點便是通過幫助客戶超越單一物理場仿真的限制，獲得對當今復雜產品性能的多維度洞察，進而重新定義產品設計的邊界。</p><p>Ansys 2024 R2新版本的增強功能更是<strong>專注于縮短運行時間，擴展容量，實現(xiàn)數字化轉型和提供硬件靈活性。</strong>這也使得Ansys多物理場仿真比以往更易于訪問，且功能更強大。</p><p>
