本課程主要是向各位學員全面介紹和展示，Lumerical微納光電子學仿真設(shè)計軟件的特點、功能以及應(yīng)用領(lǐng)域等。并通過本課程，教會大家正確使用FDTD Solutions、MODE Solutions、DEVICE等微納光電子學模擬軟件，并獨立地開展學術(shù)和工程研究

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課程目錄

第1部分：FDTD Solutions 軟件FDTD Solutions簡介

• FDTD Solutions是一款基于有限時域差分法（FDTD算法）求解矢量Maxwell方程的專業(yè)微納光子學仿真分析軟件，可以模擬紫外、可見、紅外乃至太赫茲和微波頻率段電磁波與具有亞波長典型尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)的相互作用，因此可用于微納光學材料、微納光子器件等微納光子學領(lǐng)域的設(shè)計、分析與優(yōu)化。

FDTD Solutions技術(shù)特點

• 獨有的共形網(wǎng)格技術(shù)：確保計算的精度，且可仿真光子學領(lǐng)域常見的色散材料

  獨有的多系數(shù)材料建模功能：允許用戶設(shè)置各種線性、非線性、增益、色散和各向異性等多種材料模型

  獨有的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)：減少對計算資源的需求

  Bloch邊界條件：可以實現(xiàn)光源各個角度斜入射的高精度仿真

  靈活的CAE設(shè)計環(huán)境：通過基本結(jié)構(gòu)、預(yù)先定義的復(fù)合形體或者自輸入功能，用戶可以建立任意復(fù)雜的幾何形貌

  友好的3D操作界面：可進行圖形化設(shè)計

  強大的script文本程式：可實現(xiàn)參數(shù)化建模和結(jié)果的高級分析，也是高級設(shè)計分析和優(yōu)化必不可少的關(guān)鍵技術(shù)

  直觀的視覺化工具：使得復(fù)雜的分析變得極其簡單，且可以自動輸出視頻并具有結(jié)果動態(tài)顯示功能

  數(shù)據(jù)的交互使用與數(shù)據(jù)的輸入輸出：FDTD Solutions支持與常用工程軟件之間的數(shù)據(jù)交換

  參數(shù)掃描、優(yōu)化和成品率分析：設(shè)計文件建立以后，用戶可以很方便地了解關(guān)鍵參數(shù)變化對結(jié)果的影響

  高性能計算：高度優(yōu)化的計算引擎以及其分布式和并發(fā)式并行計算，可以大大加速計算

  與Matlab完全兼容

  亞馬遜EC2云計算：FDTD Solutions是唯一一款專門設(shè)計并獲得在EC2上授權(quán)工作的微納光子學仿真軟件

第2部分：MODE Solutions 軟件MODE Solutions簡介

• MODE Solutions擁有特征模式計算以及長距離光場傳播的各種仿真方法，是一款集設(shè)計、分析、優(yōu)化為一體的仿真波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的理想工具。特征模式計算引擎可以計算任意形狀波導(dǎo)中模式的物理特性；其2.5D varFDTD可以快速高精度仿真SOI楔形波導(dǎo)和環(huán)形諧振腔等；特征模式展開法 eigenmode expansion (EME) solver是仿真長傳播距離波導(dǎo)器件，如模斑尺寸轉(zhuǎn)換器、楔形波導(dǎo)和布拉格光柵等器件的理想方法。

  與Lumerical的光電子仿真軟件DEVICE組合使用，MODE Solutions可設(shè)計和分析主動光電子器件，如高速光電子調(diào)制器等。

MODE Solutions技術(shù)特點

• 任意波導(dǎo)、光纖模式分析

  金屬等色散材料建模功能

  近場—遠場變換功能

  強大的script文本程式，具有參數(shù)化建模功能

  自適應(yīng)與共形網(wǎng)格技術(shù)，減少計算內(nèi)存的需求同時確保計算精度

  直觀的視覺化工具，可以自動輸出視頻，具有結(jié)果動態(tài)顯示功能

  支持多核多節(jié)點分布式并行計算

  與Matlab完全兼容

第3部分：DEVICEDEVICE簡介

• DEVICE采用工業(yè)界驗證的漂移-擴散方程對半導(dǎo)體中載流子進行靜態(tài)和瞬態(tài)分析。DEVICE軟件使用高級的有限元網(wǎng)格生成算法，能夠有效地處理任意幾何形狀，精確地仿真創(chuàng)新的集成光電子設(shè)計。DEVICE為用戶提供了一套完整的工具來設(shè)計和評估半導(dǎo)體器件，包括集總過程的模擬，全面的材料物理模型，以及強大穩(wěn)健的器件模擬數(shù)值算法。DEVICE與波導(dǎo)設(shè)計軟件MODE Solutions聯(lián)合使用，可以設(shè)計、分析如高速光電子調(diào)制器之類的主動器件。

DEVICE技術(shù)特點

• 支持用戶自由設(shè)計任意形貌的復(fù)雜器件

  具有穩(wěn)健的Gummel—Newton求解引擎

  強大的script文本程式，具有參數(shù)化建模功能

  3D半導(dǎo)體器件仿真

  包含CMOS在內(nèi)的硅基器件的高級材料建模功能

  參數(shù)化掃描與優(yōu)化

  支持多核多節(jié)點分布式并行計算

  軟件包含掃描與優(yōu)化功能

  與Matlab完全兼容

第4部分：INTERCONNECTINTERCONNECT簡介

• IINTERCONNECT是一款集成光子線路的設(shè)計軟件，利用其樹形分布的示意圖可以簡便、可靠地設(shè)計、仿真和分析復(fù)雜和大型光子集成線路。

  INTERCONNECT 同時含有時域和頻域求解器。時域仿真通過數(shù)據(jù)流系統(tǒng)仿真器進行，比傳統(tǒng)的時間離散或時間驅(qū)動的模擬器更具靈活性。頻域仿真利用散射數(shù)據(jù)來計算線路的整體響應(yīng)，它是通過求解一個稀疏矩陣，即表征線路連接的散射矩陣來計算的，其中每個散射矩陣代表一個獨立元件的頻率響應(yīng)。其先進的分析和可視化工具可以實現(xiàn)振幅、相位、群延遲和色散等線路行為的計算。

INTERCONNECT主要特點

• 同時具有時間域和頻率域求解器，用戶可自由選擇

  直觀的光子集成線路原理圖編輯器

  強大的光子集成電路元件庫

  先進的優(yōu)化和參數(shù)掃描功能

  簡便的數(shù)據(jù)管理與分析

  與FDTD Solutions、MODE Solutions和DEVICE具有互操作性

  集成的script腳本語言，與Matlab完全兼容

  可進行成品率分析