硅光子仿真的案例
光學(xué)及硅光子仿真推動(dòng)汽車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展
業(yè)內(nèi)已經(jīng)采用固態(tài)技術(shù)作為應(yīng)對(duì)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(shù)和共封裝光學(xué)。其中一個(gè)例子是英特爾旗下自動(dòng)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(dá)傳感器提供動(dòng)力，并預(yù)計(jì)在2025年之前將這些傳感器部署完成。其他激光雷達(dá)公司如果還沒有采取這樣的措施，預(yù)計(jì)也很快就會(huì)開始行動(dòng)。
行業(yè)逐漸意識(shí)到，對(duì)激光雷達(dá)的定位即將從“前景和可能性”轉(zhuǎn)向“全面生產(chǎn)和部署”，但仍然存在一些技術(shù)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(guān)鍵。最近，我與TKL Engineering的Thomas Kümpfel以及Ansys Optics的產(chǎn)品負(fù)責(zé)人Julien Muller和James Pond共同主持了一個(gè)圓桌會(huì)議。在此期間，我們討論了汽車行業(yè)近期的創(chuàng)新技術(shù)以及仿真在推動(dòng)這些創(chuàng)新技術(shù)方面發(fā)揮的作用。激光雷達(dá)系統(tǒng)的微型化是幾個(gè)熱門話題之一，同時(shí)我們一致認(rèn)為，從PIC級(jí)到系統(tǒng)級(jí)為這些系統(tǒng)建模的能力對(duì)于工程師創(chuàng)建魯棒性和可擴(kuò)展設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如今我們已得益于此類仿真功能，這也是整個(gè)汽車行業(yè)對(duì)自動(dòng)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(dòng)駕駛，“互聯(lián)性”是其關(guān)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(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)將需要構(gòu)建云端高帶寬基礎(chǔ)架構(gòu)，而這些需要高性能數(shù)據(jù)中心為其提供支持。因此，即使對(duì)于新興的自動(dòng)駕駛技術(shù)，集成光子學(xué)和CPO在數(shù)據(jù)中心的作用也是至關(guān)重要的。
我們正處于光學(xué)行業(yè)高速發(fā)展時(shí)期，重大變革可能將發(fā)生，以推動(dòng)包括汽車在內(nèi)的各類市場的新一代技術(shù)進(jìn)步。
展開 客戶案例 | Ansys與臺(tái)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(tái)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(diǎn)</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(jī)，Ansys Lumerical? FDTD 3D電磁仿真的光子器件仿真速度實(shí)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(tái)的可擴(kuò)展性，Ansys軟件提供了理想的綜合平臺(tái)，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、生物醫(yī)學(xué)工具、汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)和人工智能 (AI) 等領(lǐng)域，以應(yīng)對(duì)新一輪的硅光子集成電路（PIC）技術(shù)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(tái)積電日前宣布與微軟成功合作開展試點(diǎn)項(xiàng)目，實(shí)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(shù)應(yīng)用的分析
硅光子技術(shù)應(yīng)用的分析
調(diào)查公司Global Information發(fā)布的數(shù)據(jù)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(yù)測，2016年的銷量將達(dá)到78.6萬根，銷售額將擴(kuò)大到1.75億美元。之所所硅光子在AOC光收發(fā)器領(lǐng)域取得很好的成績，是因?yàn)榭梢酝ㄟ^量產(chǎn)大幅降低成本，而此前的AOC采用的是基于化合物半導(dǎo)體的分立元件，價(jià)格相對(duì)比較高。
傳統(tǒng)光通信模塊是將三五族半導(dǎo)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(dǎo)體芯片及系統(tǒng)封裝。雖然其傳輸速度可達(dá)40Gbit/s以上，但是比起使用電纜傳輸而言，價(jià)格卻昂貴得多，因此近年來，高速硅光電組件變成一項(xiàng)相當(dāng)炙手可熱的題材，主要研究目的就是希望借由芯片量產(chǎn)技術(shù)降低芯片生產(chǎn)成本、提升良率，另一方面，可以縮小硅光電、光學(xué)組件的尺寸，進(jìn)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(shù)的最大特點(diǎn)就是成本低、速度快。當(dāng)然，硅光子若進(jìn)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(shí)現(xiàn)小型化和低耗電量化的方法。另一個(gè)是，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大容量化的王牌——密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的利用。
如今的光子晶體未采用硅基，因?yàn)楹茈y采用硅基以高效率制作有源器件。不過，結(jié)合發(fā)光的鍺和硅等技術(shù)的話，就有可能實(shí)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(shù)早在15年前就已普遍用于長距離通信用設(shè)備等，但用于硅光子則非常難。其中一個(gè)原因是，各個(gè)光元件發(fā)出的光的波長以及通過波導(dǎo)的光的波長因溫度變化存在巨大偏差。將長距離通信設(shè)備使用的溫度控制功能用于硅光子技術(shù)的成本過高，不現(xiàn)實(shí)。
展開 適合中國的新賽道——硅光子！
硅光子和光電收發(fā)模塊有什么關(guān)系？
一個(gè)光電模組包含光接收器、放大器、調(diào)變器等許多組件，過去這些組件都是個(gè)別、零散地放在PCB板上，但為了提升功耗、增加信號(hào)傳輸速度，這些組件改成全整合到單一硅芯片上。
在硅平臺(tái)上的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，都能算在硅光子技術(shù)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(huì)以硅光子發(fā)展至今的每個(gè)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(jí)
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(jìn)去和出去的光; 但插拔式模塊的電信號(hào)進(jìn)入交換器前，必須走一大段路（如下圖 b），在高速運(yùn)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(wù)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(gè)作法，正是目前業(yè)界積極發(fā)展的「共封裝光學(xué)模組」（CPO，Co-Packaged Optics）技術(shù)。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(gè)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(hào)延遲。
據(jù)了解，這項(xiàng)技術(shù)能降低成本，數(shù)據(jù)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(jìn)行式，如何精進(jìn)CPO技術(shù)，成為硅光子發(fā)展的下一個(gè)重要步驟。
解決 CPO 瓶頸然后呢？硅光子第二階段：解決CPU/GPU 對(duì)傳問題
目前硅光子主要在解決插拔式模塊的信號(hào)延遲之挑戰(zhàn)，隨著技術(shù)發(fā)展，下一階段將會(huì)是解決CPU和GPU傳輸?shù)碾娦盘?hào)問題。
展開 
硅光子技術(shù)原理介紹
硅光子技術(shù)原理介紹
硅光子技術(shù)即在硅晶圓上實(shí)現(xiàn)光傳輸，用激光束代替電子信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，是一種基于硅光子學(xué)的低成本、高速率的光通信技術(shù)。硅光子技術(shù)的實(shí)用化和研發(fā)的推進(jìn)改速度都超過了預(yù)期，其中，進(jìn)展尤為快速的當(dāng)屬日本。
光子學(xué)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(duì)硅而言是透明的，如果信息完全基于硅的基礎(chǔ)上的話，就不能做光接收器，這是硅材料的本質(zhì)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(shù)的應(yīng)用范圍可以從電路板間的數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)大到芯片內(nèi)的傳輸，并且未來硅光子技術(shù)的應(yīng)用范圍有望擴(kuò)大到芯片間和芯片內(nèi)的傳輸，預(yù)計(jì)這方面的應(yīng)用將在2020年左右實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
有專家表示，硅光子技術(shù)是一個(gè)原理性的技術(shù)，人們可以透過這個(gè)窗口看到以前沒有看到過的東西。如果作為獨(dú)立元件的話，它的優(yōu)勢在于獨(dú)立波長，這不像其他傳統(tǒng)的激光器，傳統(tǒng)的激光器會(huì)產(chǎn)生紅光、綠光，而基于硅光子的獨(dú)立元件能產(chǎn)生傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生不了的光。
來源：中國電力電子產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
展開 硅光子學(xué)的“最后一米”難題
為何這一架構(gòu)可幫助光子技術(shù)取得突破呢？因?yàn)樾乱淮咝?、廉價(jià)、速度可達(dá)每秒太比特的光開關(guān)技術(shù)剛好可以實(shí)現(xiàn)那種動(dòng)態(tài)資源配置和可重構(gòu)性。
━━━━
這種數(shù)據(jù)中心重建方式的主要障礙是器件的價(jià)格以及生產(chǎn)成本。硅光子技術(shù)已經(jīng)具備一項(xiàng)成本優(yōu)勢，即可利用現(xiàn)成的芯片生產(chǎn)線，利用硅的龐大基礎(chǔ)設(shè)施及可靠性。但硅與光的結(jié)合并非完美：硅發(fā)射光的效率低，硅的光損耗也很嚴(yán)重。通過對(duì)光輸入和輸出進(jìn)行測量，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的硅光子收發(fā)器至少會(huì)產(chǎn)生10分貝（90%）的光損耗。但這種低效率并不影響TOR交換機(jī)之間的短距離連接，因?yàn)橹辽僭谀壳埃?em>硅潛在的低成本優(yōu)勢勝過了存在的問題。
硅光模塊的一項(xiàng)主要成本源自不起眼卻又十分重要的光連接器。光連接不僅包括光纖與接送裝置芯片之間的連接，還包括光纖之間的連接。每年必須生產(chǎn)數(shù)億個(gè)極高精度的光纖連接器才能滿足需求。具體精度有多高呢？用于光連接器的單模硅玻璃纖維直徑為125微米，略大于一根頭發(fā)的直徑。而連接器中這種單模光纖必須達(dá)到的精確度是100納米，僅為一根頭發(fā)直徑的1/1000，否則信號(hào)就會(huì)被大大削弱。光纖之間以及光纖與收發(fā)器之間光連接器的生產(chǎn)方式仍需進(jìn)一步創(chuàng)新，以滿足客戶對(duì)精確度與低成本的需求。但是，幾乎沒有生產(chǎn)技術(shù)能夠滿足這種物美價(jià)廉的需求。
降低成本的方式之一當(dāng)然是降低光學(xué)模塊中芯片的價(jià)格。生產(chǎn)芯片的方法有許多種，一種稱為硅片集成（wafer-scale lntegration）的技術(shù)有助于降低成本。硅片集成技術(shù)是在一個(gè)硅片上制造光子，在另一個(gè)硅片上制造電子，然后將兩個(gè)硅片粘在一起。隨后，將成對(duì)的硅片切成芯片，再制造成幾乎完整的模塊。（由非硅半導(dǎo)體制作的激光器保持單獨(dú)放置。）這個(gè)方法可以做到組裝與生產(chǎn)并行，從而降低成本。
降低成本的另一個(gè)因素當(dāng)然是生產(chǎn)規(guī)模。
展開 Ansys與GF合作交付新一代硅光子解決方案，開啟數(shù)據(jù)中心新時(shí)代
Ansys攜手GlobalFoundries（GF）推出業(yè)界首款硅光子解決方案，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，同時(shí)顯著降低功耗
主要亮點(diǎn)
GF Fotonix?平臺(tái)在業(yè)界率先將優(yōu)異的300mm光子技術(shù)與RF-CMOS技術(shù)集成在同一個(gè)硅晶圓上，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；某咝阅?。
Ansys與GF合作推出解決方案，助力增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心、光網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)計(jì)算、光纖、5G連接、航空航天與國防應(yīng)用的光子設(shè)計(jì)能力。
針對(duì)采用Ansys行業(yè)領(lǐng)先的光子仿真工具的定制組件設(shè)計(jì)，Ansys和GF推出了創(chuàng)新性硅光子（SiPh）芯片設(shè)計(jì)工作流程。
由于能夠?qū)Σ捎肰erilog-A建模的光子集成電路進(jìn)行仿真，因此Ansys可支持GF Fotonix平臺(tái)，支持范圍包括結(jié)合定制組件與代工廠庫組件采用先進(jìn)節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體技術(shù)的計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)。
展開 Ansys與GF合作交付新一代硅光子解決方案，開啟數(shù)據(jù)中心新時(shí)代
Ansys攜手GlobalFoundries（GF）推出業(yè)界首款硅光子解決方案，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，同時(shí)顯著降低功耗
主要亮點(diǎn)
GF Fotonix?平臺(tái)在業(yè)界率先將優(yōu)異的300mm光子技術(shù)與RF-CMOS技術(shù)集成在同一個(gè)硅晶圓上，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的超高性能。
Ansys與GF合作推出解決方案，助力增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心、光網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)計(jì)算、光纖、5G連接、航空航天與國防應(yīng)用的光子設(shè)計(jì)能力。
針對(duì)采用Ansys行業(yè)領(lǐng)先的光子仿真工具的定制組件設(shè)計(jì)，Ansys和GF推出了創(chuàng)新性硅光子（SiPh）芯片設(shè)計(jì)工作流程。
由于能夠?qū)Σ捎肰erilog-A建模的光子集成電路進(jìn)行仿真，因此Ansys可支持GF Fotonix平臺(tái)，支持范圍包括結(jié)合定制組件與代工廠庫組件采用先進(jìn)節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體技術(shù)的計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)。
展開 Ansys與GF合作交付新一代硅光子解決方案，開啟數(shù)據(jù)中心新時(shí)代
Ansys攜手GlobalFoundries（GF）推出業(yè)界首款硅光子解決方案，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，同時(shí)顯著降低功耗
主要亮點(diǎn)
GF Fotonix?平臺(tái)在業(yè)界率先將優(yōu)異的300mm光子技術(shù)與RF-CMOS技術(shù)集成在同一個(gè)硅晶圓上，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；某咝阅堋?Ansys與GF合作推出解決方案，助力增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心、光網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)計(jì)算、光纖、5G連接、航空航天與國防應(yīng)用的光子設(shè)計(jì)能力。
針對(duì)采用Ansys行業(yè)領(lǐng)先的光子仿真工具的定制組件設(shè)計(jì)，Ansys和GF推出了創(chuàng)新性硅光子（SiPh）芯片設(shè)計(jì)工作流程。
由于能夠?qū)Σ捎肰erilog-A建模的光子集成電路進(jìn)行仿真，因此Ansys可支持GF Fotonix平臺(tái)，支持范圍包括結(jié)合定制組件與代工廠庫組件采用先進(jìn)節(jié)點(diǎn)半導(dǎo)體技術(shù)的計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)。
Ansys宣布與GlobalFoundries（GF）合作，交付獨(dú)特且功能豐富的創(chuàng)新型解決方案，以解決當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨的一些巨大挑戰(zhàn)。
隨著數(shù)據(jù)以前所未有的速度生成，全球各地?cái)?shù)據(jù)中心的功耗也隨之激增，這導(dǎo)致人們更迫切地需要既能加快數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)又能優(yōu)化能效的創(chuàng)新型解決方案。為滿足這種不斷增長的需求，GF著力開發(fā)突破性的半導(dǎo)體解決方案，利用光子而非電子的優(yōu)勢來傳輸和移動(dòng)數(shù)據(jù)，有助于GF在快速發(fā)展的光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。
GF Fotonix是GF在多方面均取得突破性進(jìn)展的新一代單片平臺(tái)，在業(yè)界率先將優(yōu)異的300mm光子技術(shù)與RF-CMOS技術(shù)集成在同一硅晶圓上，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；某咝阅?。
展開 領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子學(xué)器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。器件和系統(tǒng)級(jí)工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、電氣和熱效應(yīng)進(jìn)行建模仿真。
產(chǎn)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(jié)合的各種工作流程，以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
Ansys Lumerical FDTD是業(yè)界公認(rèn)的微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應(yīng)用千微納光電子器件、工藝以及材料的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。
FDTD的集成設(shè)計(jì)環(huán)境支持腳本語言操作、高級(jí)后處理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設(shè)計(jì)要求。
規(guī)格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級(jí)共形網(wǎng)格技術(shù)
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(shù)值孔徑的寬譜高斯光源
遠(yuǎn)場分析
Q因子分析
自動(dòng)提取S參數(shù)
能帶結(jié)構(gòu)分析
腳本和優(yōu)化程序
支持云計(jì)算和HPC高性能并行計(jì)算
主要特點(diǎn)
光子器件逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化
針對(duì)目標(biāo)自動(dòng)化探索最佳設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)；找出性能優(yōu)化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強(qiáng)大的后處理
強(qiáng)大的后處理功能，包括遠(yuǎn)場分析，能帶結(jié)構(gòu)分析，雙向散射分布函數(shù)(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產(chǎn)生率。
非線性與各向異性材料
對(duì)含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進(jìn)行彷真?？梢赃x擇各種非線性、負(fù)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 化學(xué)所李明珠研究員課題組和北航程群峰教授課題組合作Angew：仿生可變色的光子晶體硅彈性體剪紙藝術(shù)
近期，
中國科學(xué)院化學(xué)研究所李明珠研究員課題組和
北京航空航天大學(xué)程群峰教授課題組合作，受蜂鳥羽毛色彩調(diào)控機(jī)制的啟發(fā)，制備了一種
柔性、機(jī)械致動(dòng)、具有光子晶體涂層的彩色PhC-PDMS kirigami薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)全光譜色彩的精確控制，并且可實(shí)現(xiàn)10000次以上的循環(huán)。研究團(tuán)隊(duì)利用激光切割技術(shù)將一種非對(duì)稱的陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賦予到PDMS載體上，然后在PDMS上構(gòu)筑了由單分散小球密堆積形成的二維光子晶體薄膜，得到了PhC-PDMS kirigami。由單分散聚合物小球組裝而成的二維光子晶體的光子晶體帶隙為贗帶隙，具有很強(qiáng)的角度依賴性。在單軸拉伸應(yīng)力的作用下，剪紙結(jié)構(gòu)中的矩形鱗片會(huì)隨著拉伸強(qiáng)度的增強(qiáng)從平面薄膜中翹起，剪紙結(jié)構(gòu)從二維平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為三維立體結(jié)構(gòu)，同時(shí)薄膜鱗片的顏色從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色；當(dāng)應(yīng)力釋放時(shí)，薄膜可恢復(fù)為初始紅色。
圖2. PhC-PDMS kirigami的制備過程
當(dāng)拉伸PhC-PDMS kirigami時(shí)，PhC矩形鱗片彈出角度與單軸拉伸載荷相關(guān)，僅需要27%拉伸量，彈出角度即可實(shí)現(xiàn)0°~ 46°的變化，當(dāng)固定光源與觀測角度時(shí)，PhC矩形鱗片的顏色與彈出角度一一對(duì)應(yīng)，從而薄膜色彩能夠在全可見光譜范圍內(nèi)精確調(diào)控。由于在整個(gè)變色過程中，只是宏觀剪紙結(jié)構(gòu)的變化，PhC矩形鱗片表面的納米周期結(jié)構(gòu)并沒有改變，因此經(jīng)過10000次循環(huán)，PhC矩形鱗片色彩仍然與初始狀態(tài)一致，并且能夠精確調(diào)控獲得目標(biāo)顏色。
圖3.
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OneSky攜手Ansys擴(kuò)展自動(dòng)駕駛應(yīng)用，推動(dòng)基于AI的先進(jìn)空中交通解決方案
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電機(jī) | 通過仿真加速電動(dòng)交通解決方案的創(chuàng)新（附白皮書下載）
光學(xué)及硅光子仿真推動(dòng)汽車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展
仿真技術(shù)推動(dòng)更安全的自動(dòng)駕駛汽車持續(xù)發(fā)展
Synopsys、Ansys和Keysight與臺(tái)積電展開合作，通過全新毫米波參考流程提高自動(dòng)駕駛系統(tǒng)性能
Lufthansa Technik采用Ansys進(jìn)行AeroSHARK技術(shù)開發(fā)和認(rèn)證，推動(dòng)航空業(yè)的可持續(xù)發(fā)展
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展開 領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：分析多層膜的優(yōu)秀仿真工具
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子 學(xué)器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。 器件和系統(tǒng)級(jí)工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、 電氣和熱效應(yīng)進(jìn)行建模仿真。
產(chǎn)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(jié)合的各種工作流程， 以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、 大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
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(xué)特性。能精準(zhǔn)描述多層膜的波動(dòng)光學(xué)特性，如干涉以及微腔效應(yīng)，并支持平面波和偶極子光源。STACK支持腳本運(yùn)算，通過API能和Python或Matlab互操作。
規(guī)格概要
· 支持平面波和偶極子
· 支持大面積多層膜設(shè)計(jì)
· 考慮微腔和干涉效應(yīng)
STACK的主要應(yīng)用
· OLED
· VCSEL
· 抗反射膜
．微腔
· 多層薄膜
主要特點(diǎn)
STACK分析求解器
STACK求解器比直接仿真Maxwell方程的速度更快。它適用千薄膜應(yīng)用的快速原型設(shè)計(jì)，并且可使用平面波和偶極 子光源照明。求解器考慮干涉和微腔效應(yīng)。
通過腳本進(jìn)行互操作
通過Lumerical腳本語言、自動(dòng)化API以及Python和 MATLABAPI實(shí)現(xiàn)互操作性。
展開 Ansys Lumerical | 光子晶體布拉格光纖仿真應(yīng)用
01 說明
FDE求解器可用于精確計(jì)算任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模式，包括光子晶體布拉格光纖。在此示例中，我們計(jì)算并分析了Vienne和Uranus描述的光子晶體布拉格光纖的模式。
02 綜述
模擬文件bragg_PCfiber.lms包含一個(gè)參數(shù)化組對(duì)象，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。最初，在x-min和y-min處使用反對(duì)稱邊界條件以及在x-max和y-max處使用金屬邊界條件設(shè)置模擬。反對(duì)稱邊界條件允許我們僅模擬1/4的結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省時(shí)間。但是，我們必須注意不要漏掉可能需要對(duì)稱條件或?qū)ΨQ和反對(duì)稱條件的組合的重要模式。
03 運(yùn)行和結(jié)果
首先，我們運(yùn)行仿真并切換到分析模式。我們看到其中一種導(dǎo)模的有效折射率約為0.998。下面是圓柱坐標(biāo)系中的Hr圖。
要研究此類結(jié)構(gòu)的損耗，需要在x-max和y-max處的邊界條件設(shè)置為PML，如下所示。我們最初沒有這樣做，因?yàn)樗鼤?huì)增加計(jì)算時(shí)間，并且會(huì)更難找到導(dǎo)模的有效折射率。當(dāng)我們重新計(jì)算模式時(shí)，我們可以查看折射率0.998附近并發(fā)現(xiàn)不同的模式。
軟件會(huì)計(jì)算出將近20種模式。
模式7是
模式8是
上圖顯示了磁場的徑向和角分量，可以與Uranus等人的結(jié)果進(jìn)行比較，我們將有效折射率和損耗與Uranus等人的結(jié)果進(jìn)行比較。
MODE有效折射率結(jié)果與Uranus等人的結(jié)果非常接近。對(duì)于這種對(duì)數(shù)值網(wǎng)格的微小變化（以及實(shí)際制造缺陷）非常敏感的結(jié)構(gòu)，計(jì)算損耗則更加困難，并且需要進(jìn)行一些收斂測試才能找到更準(zhǔn)確的結(jié)果。
收斂測試
我們首先將感興趣的兩種模式復(fù)制到全局DECK中，并將它們重命名為TE和HE，如下所示。
現(xiàn)在可以通過運(yùn)行優(yōu)化和掃描來測試收斂性。掃描通過增加網(wǎng)格數(shù)目來多次計(jì)算模態(tài)。
展開 基于Rsoft的三芯光子晶體光纖數(shù)值仿真
Rsoft是專門做光子晶體光纖仿真軟件，可以通過utility里面的Arrary Layout 來創(chuàng)建三維光子晶體光纖。建立三維模型時(shí)在Dimens中選擇選擇2Dxy。選擇BeamPROP模塊的波束包絡(luò)法對(duì)三芯光子晶體光纖進(jìn)行仿真，圖1為仿真模型，背景為熔融二氧化硅材料，紅色柱體為氣孔，黃色柱體為纖芯。中間纖芯為定為纖芯1，左邊纖芯定為纖芯2，右邊纖芯定為纖芯3。仿真時(shí)，光源的Type選擇為Fiber Mode，然后分別對(duì)1、2、3的纖芯路徑的能量進(jìn)行監(jiān)測。
圖1 三芯光子晶體光纖建模圖
如圖2,為三芯PCF的縱向功率分布圖，光源從纖芯1輸入波長為1550nm的光，通過仿真可以看出纖芯1的能量在向纖芯2、纖芯3耦合。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對(duì)稱可以從數(shù)值仿真結(jié)果中得出纖芯2、纖芯3耦合的能量相同。當(dāng)給PCF一個(gè)彎曲量時(shí)纖芯2、纖芯3的能量曲線就不會(huì)重合。這是因?yàn)榫嚯x發(fā)生了改變。
圖2 縱向功率分布圖
圖3為模場分布圖，在開始傳輸時(shí)纖芯1的能量高，然后能量會(huì)耦合到另外兩個(gè)纖芯上。從圖3中可以看出能模態(tài)在纖芯間的耦合。
圖3 模場分布圖
通過軟件中的仿真1330~1700nm波長范圍內(nèi)纖芯1的透射光譜，仿真得到透射光譜有明顯的對(duì)比度。并且可以選擇波谷作為傳感的參考點(diǎn)，可以進(jìn)一步做溫度，磁場，曲率等的仿真，為實(shí)驗(yàn)提供理論支撐。
圖4 透射光譜
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