Lumerical.MODE
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-27
Lumerical.MODE的實例教程
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 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 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 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?？紤]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 
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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
然后，使用Lumerical腳本在MODE中設置并運行仿真，并采用EME求解器。最后，生成仿真文件“roMM1x2.lms”。
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
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工作原理
傳統的上下載型微環諧振器（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。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
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。
我們將會從復用器件的應用背景、基本原理、常見結構以及性能參數等部分進行講解，并使用Ansys Lumerical FDTD或者MODE模塊進行仿真設計。接下來將從復用器件的基本概念開始。
應用背景
人工智能、物聯網、大數據、云計算等新興技術的出現，使得人們對光通信的傳輸質量和速率要求越來越高，提高光通信的信道容量是現代數據傳輸的必然需求。
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 9 (b) 還顯示了導入 Ansys Lumerical MODE 波導設計環境中的相同幾何形狀的 XY 視圖。橙色矩形所示的仿真區域不包括金屬觸點，因為它們遠離波導芯，因此不會與光學模式相互作用。紫色區域顯示了從 CHARGE 仿真導入的載流子密度分布，用于仿真金屬接觸上的電壓變化對光學模型的擾動。
圖 10.
圖 9 (b) 還顯示了導入 Ansys Lumerical MODE 波導設計環境中的相同幾何形狀的 XY 視圖。橙色矩形所示的仿真區域不包括金屬觸點，因為它們遠離波導芯，因此不會與光學模式相互作用。紫色區域顯示了從 CHARGE 仿真導入的載流子密度分布，用于仿真金屬接觸上的電壓變化對光學模型的擾動。
圖 10.
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
