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計軟件的特點、功能以及應用領域等。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雜結構的相互作用，因此可用于微納光學材料、微納光子器件等微納光子學領域的設計、分析與優化。

FDTD Solutions技術特點

• 獨有的共形網格技術：確保計算的精度，且可仿真光子學領域常見的色散材料

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

  獨有的自適應網格技術：減少對計算資源的需求

  Bloch邊界條件：可以實現光源各個角度斜入射的高精度仿真

  靈活的CAE設計環境：通過基本結構、預先定義的復合形體或者自輸入功能，用戶可以建立任意復雜的幾何形貌

  友好的3D操作界面：可進行圖形化設計

  強大的script文本程式：可實現參數化建模和結果的高級分析，也是高級設計分析和優化必不可少的關鍵技術

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

  數據的交互使用與數據的輸入輸出：FDTD Solutions支持與常用工程軟件之間的數據交換

  參數掃描、優化和成品率分析：設計文件建立以后，用戶可以很方便地了解關鍵參數變化對結果的影響

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

  與Matlab完全兼容

  亞馬遜EC2云計算：FDTD Solutions是唯一一款專門設計并獲得在EC2上授權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，是一款集設計、分析、優化為一體的仿真波導結構的理想工具。特征模式計算引擎可以計算任意形狀波導中模式的物理特性；其2.5D varFDTD可以快速高精度仿真SOI楔形波導和環形諧振腔等；特征模式展開法 eigenmode expansion (EME) solver是仿真長傳播距離波導器件，如模斑尺寸轉換器、楔形波導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可設計和分析主動光電子器件，如高速光電子調制器等。

MODE Solutions技術特點

• 任意波導、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，具有參數化建模功能

  自適應與共形網格技術，減少計算內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，具有結果動態顯示功能

  支持多核多節點分布式并行計算

  與Matlab完全兼容

第3部分：DEVICEDEVICE簡介

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

DEVICE技術特點

• 支持用戶自由設計任意形貌的復雜器件

  具有穩健的Gummel—Newton求解引擎

  強大的script文本程式，具有參數化建模功能

  3D半導體器件仿真

  包含CMOS在內的硅基器件的高級材料建模功能

  參數化掃描與優化

  支持多核多節點分布式并行計算

  軟件包含掃描與優化功能

  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計軟件，利用其樹形分布的示意圖可以簡便、可靠地設計、仿真和分析復雜和大型光子集成線路。

  INTERCONNECT 同時含有時域和頻域求解器。時域仿真通過數據流系統仿真器進行，比傳統的時間離散或時間驅動的模擬器更具靈活性。頻域仿真利用散射數據來計算線路的整體響應，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。其先進的分析和可視化工具可以實現振幅、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

  先進的優化和參數掃描功能

  簡便的數據管理與分析

  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