光電元件仿真的案例
Lumerical光子集成電路光電元件設計
在 PIC 中，電光調制器和光電探測器是實現這些轉換的基本光電元件。
隨著對帶寬、功效和靈敏度的需求不斷增長，需要尖端的仿真技術將器件模型與制造工藝及其完整的多物理場行為聯系起來。將 Silvaco Victory Process 與 Ansys Lumerical 軟件相結合，實現支持 TCAD 的光子器件仿真，為設計師和工程師提供了必要的工具，可以完整準確地預測、分析和優化光電器件的行為。
工作流概述
光子集成電路 (PIC) 的光電元件設計始于對物理結構和摻雜分布的精確建模，這些結構和摻雜分布定義了器件的光學和電學行為。目標是創建一個能夠反映制造后的器件的物理模型。設計流程從制造工藝的輸入開始：材料和掩模圖案與蝕刻、注入、退火和生長條件相結合。雖然結構的幾何 CAD 模型可以作為早期設計探索的起點，但使用 Silvaco Victory Process 進行工藝仿真對于建立制造步驟和最終物理結構之間的聯系是必不可少的。圖 1 說明了使用 Victory Process 輸入進行光子器件仿真的工作流程。
圖 1. Ansys Lumerical 光子器件仿真工作流程，其中采用 Silvaco Victory Process 的 TCAD 輸入
幾何效應（例如受蝕刻影響的側壁角度和共形沉積的層界面）對于精確仿真光傳播非常重要 [1]。在光電器件中，注入分布的定義受制造工藝限制，對于包括調制效率、暗電流和相關探測器靈敏度以及帶寬在內的品質因素實現最佳性能取舍至關重要。在這里，Silvaco Victory Process 再次成為將這些特定行為與制造輸入聯系起來的必要條件。
展開 Ansys Lumerical | 光子集成電路光電元件設計
在 PIC 中，電光調制器和光電探測器是實現這些轉換的基本光電元件。
隨著對帶寬、功效和靈敏度的需求不斷增長，需要尖端的仿真技術將器件模型與制造工藝及其完整的多物理場行為聯系起來。將 Silvaco Victory Process 與 Ansys Lumerical 軟件相結合，實現支持 TCAD 的光子器件仿真，為設計師和工程師提供了必要的工具，可以完整準確地預測、分析和優化光電器件的行為。
工作流概述
光子集成電路 (PIC) 的光電元件設計始于對物理結構和摻雜分布的精確建模，這些結構和摻雜分布定義了器件的光學和電學行為。目標是創建一個能夠反映制造后的器件的物理模型。設計流程從制造工藝的輸入開始：材料和掩模圖案與蝕刻、注入、退火和生長條件相結合。雖然結構的幾何 CAD 模型可以作為早期設計探索的起點，但使用 Silvaco Victory Process 進行工藝仿真對于建立制造步驟和最終物理結構之間的聯系是必不可少的。圖 1 說明了使用 Victory Process 輸入進行光子器件仿真的工作流程。
圖 1. Ansys Lumerical 光子器件仿真工作流程，其中采用 Silvaco Victory Process 的 TCAD 輸入
幾何效應（例如受蝕刻影響的側壁角度和共形沉積的層界面）對于精確仿真光傳播非常重要 [1]。在光電器件中，注入分布的定義受制造工藝限制，對于包括調制效率、暗電流和相關探測器靈敏度以及帶寬在內的品質因素實現最佳性能取舍至關重要。在這里，Silvaco Victory Process 再次成為將這些特定行為與制造輸入聯系起來的必要條件。
一旦仿真了物理結構（包括材料界面和摻雜分布），就可以輕松地將其從 Silvaco Victory Process 導出并導入 Ansys Lumerical 仿真工具。
展開 Lumerical 單行載流子光電探測器仿真方法
綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息。因此我們可以使用Lumerical的光學和電學求解器對此類器件進行精確模擬和優化。首先采用時域有限差分（FDTD）方法模擬了光電探測器的光學特性，計算光學吸收功率可以得出電子-空穴對的局部產生率。然后，將光學仿真求得的電子空穴對產生速率導入電學仿真（CHARGE）中用于求解的連續性方程。
對于高速光電二極管，通過將吸收層與收集層解耦，可以使用單行載流子（UTC）設計來優化渡越時間響應[1]。在傳統的PIN結構中，載流子是在本征區中光生的，在本征區中，強場將載流子分離以產生光電流。
展開 EastFDTD 光電領域的仿真案例
仿真案例涵蓋：
1. 激光發射過程（增益材料的應用）
2. 雙穩態現象仿真（非線性材料的應用）
3. 光子晶體色散曲線
4. Chiral材料應用
5. 本征模式計算
6. 電磁力計算
7. OLED出光效率計算
光電仿真案例.pdf
利用Lumerical 有效實現太陽能電池光電特性仿真
太陽能電池仿真研究可為光伏產品的研發節約成本，縮短研發周期，并預測產品光電轉換效率與光電輸出特性。目前各大高校與科研機構在太陽能電池仿真領域主要運用的商業軟件有COMSOL多物理場耦合軟件、AFORS-HET、Rsoft以及Silvaco等。本案以Lumerical 軟件為例，介紹利用FDTD與DEVICE模塊實現可見光波段典型硅光太陽能電池的光電特性仿真。
1、 構建光學吸收模型
建立合適的邊界條件和光源設置，搭建典型的硅平板太陽能電池結構在正向太陽光的照射下光吸收模型。
二、計算載流子產生率G
FDTD模塊可以利用上述物理學公式，腳本編程計算出電池內部空間分布的載流子產生率。
載流子產生率在平板電池中表現為上層值較大，底部值較小，說明入射光大部分被電池上層吸收，能夠穿透電池到達電池底部被半導體耦合吸收的入射光是極少數。
三、搭建電學仿真模型
DEVICE模塊為后續電學仿真提供了高效快捷的電學特性計算途徑。在電學仿真模塊中需要考慮電池窗口層材料，金屬電極材料，歐姆接觸，摻雜與復合等因素。
通過優化電池電學參數可以有效提高電池的光電轉換效率。但是考慮到電池實際處于的物理環境，電學仿真比純光學仿真計算結果更加接近實際的電池工作效率。
4、 導入載流子產生率至電學模塊
載流子產生率是連接電池光學模塊和電學模塊的橋梁。將波長積分計算得到的載流子產生率導入DEVICE模塊可以繼續仿真計算電池電學特性。
DEVICE模塊為用戶提供了友好方便的載流子產生率導入界面，用戶可以使用FDTD模塊計算得出的G數據集載入控件窗口，并可以針對偏振光或非偏振光設置修正系數。
展開 COMSOL光電和HFSS+CST天線仿真案例培訓
10.2 參數化掃描
10.3 數據后處理
10.4 工作列表設置
11 頻率選擇表面的仿真方法——掌握CST 頻率選擇表面仿真方法
實例操作：CST 有源可調諧頻率選擇表面仿真
v CST天線仿真總結：
1．CST天線仿真與HFSS的區別及優勢
2．CST天線仿真的步驟
3．CST天線仿真的技巧
時間地點：
Comsol光電培訓班：
2021年3月27日-3月28日 在線直播（授課兩天）
2021年4月10日-4月11日 在線直播（授課兩天）
天線設計仿真培訓班：
2021年4月10日——4月11日 在線直播（授課兩天）
2021年4月17日——4月18日 在線直播（授課兩天）
報名費用：
Comsol光電培訓班：
每人￥3900元（含報名費、培訓費、資料費）
優惠一：3月15日前匯款可享受200元優惠（僅限前八名）；
天線設計培訓班：
每人￥3900元（含報名費、培訓費、資料費）
優惠一：3月25日前匯款可享受200元優惠（僅限前八名）；
優惠二：
展開 光電產品仿真技術研討會
光學組件在工業設計上的要求越趨嚴苛，質量好的光學設計除了在開模前進行許多光學軟件評估之外，后續包含打樣開模的成型影響、裝配造成的擠壓變形，熱組件造成的熱膨脹變形、模塊點膠后膠體溫濕度膨脹影響，以及產品跌落的強度仿真等，都是光學產品在各環節上注重的工藝過程。
CYBERNET基于大量光學客戶的設計需求，通過ANSYS仿真技術結合各光學軟件作耦合，可在產品發生失效之前預測各環節造成光學質量失效的成因，進而提升光學產品設計的質量。
Ansys Lumerical | 單行載流子光電探測器仿真方法
綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息。因此我們可以使用Lumerical的光學和電學求解器對此類器件進行精確模擬和優化。首先采用時域有限差分（FDTD）方法模擬了光電探測器的光學特性，計算光學吸收功率可以得出電子-空穴對的局部產生率。然后，將光學仿真求得的電子空穴對產生速率導入電學仿真（CHARGE）中用于求解的連續性方程。
對于高速光電二極管，通過將吸收層與收集層解耦，可以使用單行載流子（UTC）設計來優化渡越時間響應[1]。在傳統的PIN結構中，載流子是在本征區中光生的，在本征區中，強場將載流子分離以產生光電流。載流子的速度通常是有限的，并且在大多數常見的材料（如鍺）中空穴比電子慢，這會導致延遲和不對稱響應。通過結合窄帶隙和寬帶隙半導體，可以隔離單個載流子類型（通常是電子），使得器件的光響應僅取決于這些載流子的傳輸。然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
展開 免費線上研討會 | Ansys Lumerical 的光電器件仿真
為此，我們決定于2023年7月17日下午15：00-16：00，舉辦一場免費線上研討會，誠邀各位光電同行們積極參與、分享交流。
研討會大綱
1. Ansys Lumerical 軟件介紹
2. FDTD、CHARGE、INTERCONNECT 三大模塊介紹
3. Ansys Lumerical 光電器件設計流程
4. 光電器件設計實例:垂直光電探測器
5. 其他光電器件舉例
研討會信息
主題：Ansys Lumerical 的光電器件仿真
時間：2023年7月17日（15：00-16：00）
地點：騰訊會議（317-470-702）
主辦方：武漢宇熠科技有限公司
如您對本次研討會有興趣，可掃描下方二維碼報名（名額有限，額滿即止。）
（317-470-702）
另外，我們針對本次研討會創建了交流群，歡迎聯系工作人員申請進群！
添加工作人員微信
展開 雙層石墨烯/砷化鎵的等離子體共振光柵結構光電探測器數值仿真 ￥500
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電磁場仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/47ce638fc01b4bf3972ae6a3aec043ea.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 吸收率隨波長變化曲線</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 038-基于AMESim 的新型元件與液壓系統仿真
通過對該閥及其控制的液壓
系統進行仿真，結果表明該類控制系統具有良好流量跟蹤性能和動力源－負載匹配特征，能達到減少能量損失的作用。
038-基于AMESim 的新型元件與液壓系統仿真.rar
基于Lumerical掌握光電器件仿真的全流程設計，從基礎原理講解到復雜器件設計
Ansys Lumerical作為業界領先的光子學解決方案，擁有完善的Component Level及Circuit Level仿真能力。FDTD被譽為微納光子器件仿真的黃金標準；MODE是面向平面光波導類器件開發的瑞士軍刀；CHARGE求解載流子的漂移擴散方程和泊松方程，能夠精確模擬半導體器件中的電學特性；HEAT則專注于器件熱效應的分析，能夠準確計算電致發熱或光吸收引起的溫升；INTERCONNECT作為線路級仿真工具，可對整個光子集成電路系統進行時域及頻域分析。
該內容涵蓋FDTD、MODE、CHARGE、HEAT、INTERCONNECT五大仿真工具，內容覆蓋基礎原理講解到復雜器件設計。無源環節不僅包括功率分束器、起偏器、偏振旋轉分束器、濾波器等多種無源光子器件，還包含常用的逆向設計算法，適用于硅基、鈮酸鋰等多種材料體系，可有效助力學員掌握無源光子器件設計技能。有源環節不僅包括電相移器、微環調制器、馬赫曾德行波調制器、垂直光電探測器、熱調諧波導等多種有源光子器件，還包含波分復用、PAM4收發等完整的PIC系統，可大大提升學員設計復雜光子集成電路系統的能力。
展開 Ansys 仿真技術賦能AI與數據中心高速光電互連（附免費參會名額）
</p><p><br></p><p><strong>17:10-17:50 多物理場耦合一站式仿真：光-機-熱協同設計與性能優化</strong></p><p><strong>演講嘉賓：</strong>谷晨風 | Ansys高級應用工程師</p><p><strong>內容簡介：</strong> 光通信系統中，當溫度變化時，熱膨脹/收縮會導致元件在封裝內的位置發生變化，且引發光學元件的折射率、面型發生變化，這些問題易導致原設計光路偏移，進而導致對準誤差，耦合效率衰減，從而降低設備的輸出功率。Ansys多物理場解決方案通過 Ansys Mechanical+Ansys Zemax光 -機-熱協同仿真，可以精準模擬器件及系統在不同真實工況下的光學響應，助力研發初期預判系統設計風險，也可聯動Ansys optiSLang 進行系統敏感度分析和優化，提升器件可靠性，為產品開發保駕護航！
展開 “COMSOL軟件+多物理場耦合仿真”培訓第十期：網格/流動傳熱/光電/力學/電磁場分析/經典案例
各企事業單位、高等院校及科研院所：
COMSOL是一款大型的高級數值仿真軟件，廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，在多物理場耦合分析方面有其獨到的優勢，因此被應用于各個相關科研和產品研發領域，在我國擁有非常廣闊的前景。多物理場耦合仿真分析是近年來應用比較廣泛的有限元仿真分析方法，大大的縮短了產品研發周期，提高科研效率。為進一步推動高等院校、科研院所及企事業單位在COMSOL多物理耦合研究工作的開展，中科軟研（北京）科學技術中心（http://www.fzby.org.cn/）特邀一線專家共同舉辦COMSOL通用多物理場耦合仿真核心技術應用與案例實戰在線培訓班。本次培訓課程從幾何創建、交互式網格剖分技術、模型設定、后處理、多物理場模擬等方面進行了介紹，并結合實際案例進行了詳細的講解和具體的操作指導。由中科軟研（北京）科學技術中心主辦、北京富卓佰揚科技有限公司承辦。具體事宜如下：
1 培訓目標
1、能夠利用COMSOL軟件進行具體項目和科研工作的開展；
2、對配套的專業多物理場仿真理論有較深的理解，并掌握軟件的使用。
3、通過原理解析、大量實例操作強化應用，提升學員解決實際工程問題的能力。
4、建立學員微信群，學完后可以繼續在群里與主講老師、同學交流問題，鞏固學習內容。
注：參加線上培訓，以后本人可以免費參加相同線上及線下課程，不限次數、學會為止！
2 培訓優勢
1、報名繳費后提前獲取電子講義及模型，可提前預習；全程錄制視頻，支持回放；
2、培訓老師理論和工程經驗豐富，我們會結合學員實際需求備課并補充相關內容；
3、培訓結束后，培訓老師留給學員手機和Email，提供技術支持，充分保證培訓后出效果。
3 培訓專家
中國科學院、清華大學、四川大學等科研機構的高級專家。
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