Lumerical软件应用全面解析

Ansys Lumerical应用空间

Ansys Lumerical概览

光子学FDTD求解器

Lumerical的旗舰解算器：

-处理模拟紫外线，可见光，红外波长
‐任意材料和几何形状
‐精度高
‐支持高性能计算

成功案例：Lumotive

基于FDTD求解器的逆行设计

使用FDTD求解器逆向设计3D O-C波段分配器

FDE:光纤和波导

EME:特征模式展开求解器
对于较长的设备非常有效，或者用户想要调整的长度不同的部分

varFDTD– 2.5D 变分FDTD求解器

• 快速准确的全方位传播方法
• 将3D平板波导折叠成一组分散的2D有效材料

varFDTD:环形谐振器

STACK用于显示和照明应用

半导体器件模拟

光子器件通常与电子学相结合
‐信号编码和恢复，传感，光伏，…

电子设备的性能往往限制了系统的性能
‐准确的物理模型对于设计和优化非常重要

TCAD仿真方法融合了多种物理效应自一致，为半导体器件量身定制
‐半导体中的热量和电荷传输
‐光载流子产生
‐详细的静电和电荷密度分布提取到调制光学特性

应用>调制器

电光和电吸收调制器
‐模拟IV, CV, Z(f)，带宽
‐基于FCA(载流子密度)或场效应的EO响应(Pockels, FK, QCSE*)

热移相器(热传输)
‐模拟时间常数，调制效率(dn/dT)

应用>图像传感器

•用于光学设计和优化的FDTD
‐滤色片、微透镜形状和位移、角度响应、PSF
‐可使用光产生率(吸收)作为负责传输的ehp源:全SC模拟

•电荷:优化内部量子效率
‐线性化电荷传输问题，求解载流子密度的格林函数
‐提取当前收集概率函数

FDTD/FDE难以解决的应用领域

•非常高的精度要求(例如，相对误差< 0.1%)
‐光学测量

•需要强烈局部细化的结构
‐光子晶体光纤，环形谐振器，…

•等离子体/超材料(特别是非轴向的)

•大型结构，需要保持精细网格数值相位误差低(全电路)

DGTD求解器的基本特征

•符合线性简单(三/四)网格
•任意多项式阶的基函数
•PEC/PMC/Silver-Muller/周期性边界条件
•支持斜位布洛赫BCs
•完美匹配的图层

•TF/SF源(平面波/光束)和随机背景激
•采用合适的多系数材料的分散材料通过面
•量身定制的低存储龙格-库塔显式时间步进4阶
•针对不同指令集的手工优化内核 cpu (SSE3, AVX2，…)

FEEM

•FEEM采用有限元网格
‐网格可根据材料指标自动细化
‐非常精确地解决复杂(弯曲)几何形状

应用程序和关键仿真工具

•Ansys提供了一套集成的工具，用于不同应用的芯片III-V激光拓扑建模

•边缘发射器

‐工作流程和工具
•波导设计:MODE/FEEM
•材料增益设计:MQW求解器
•激光建模:INTERCONNECT+ TWLM
•物理模拟:CHARGE

‐量应用程序:
•Datacom
•处理
•传感

•紧凑模型提取

‐工作流程和工具
•获取模拟/实验数据
•紧凑的造型:INTERCONNECT + TWLM

‐量应用程序:
•桥接元件设计及电路设计

行波激光模型(TWLM)

用MQW求解器计算材料增益

•计算增益和自发辐射倍数量子阱结构
•适用于含锌锌矿的III-V型半导体材料晶体结构
•4 × 4 k.p方法的解决量子力学Schrödinger方程

INTERCONNECT主要特性

•光子集成电路设计软件
‐集成电路
‐硅光子学组件
‐光学互连

•分层原理图编辑器
‐GUI和脚本化设计界面

•扩展元素库
‐无源和有源光电建筑块
‐光源和测量元件

•电路解算器
‐时间和频域分析
‐双向信号传播
‐多模式和多通道支持

•可视化和数据分析
‐优化框架
‐统计和产量分析(蒙特卡洛)

INTERCONNECT可以执行频域模拟:

INTERCONNECT能进行时域模拟:

光子电路模拟

CML编译器

自动生成光子紧凑模型库: