基于Lumerical掌握光电器件仿真的全流程设计，从基础原理讲解到复杂器件设计

Ansys Lumerical作为业界领先的光子学解决方案，拥有完善的Component Level及Circuit Level仿真能力。FDTD被誉为微纳光子器件仿真的黄金标准；MODE是面向平面光波导类器件开发的瑞士军刀；CHARGE求解载流子的漂移扩散方程和泊松方程，能够精确模拟半导体器件中的电学特性；HEAT则专注于器件热效应的分析，能够准确计算电致发热或光吸收引起的温升；INTERCONNECT作为线路级仿真工具，可对整个光子集成电路系统进行时域及频域分析。

该内容涵盖FDTD、MODE、CHARGE、HEAT、INTERCONNECT五大仿真工具，内容覆盖基础原理讲解到复杂器件设计。无源环节不仅包括功率分束器、起偏器、偏振旋转分束器、滤波器等多种无源光子器件，还包含常用的逆向设计算法，适用于硅基、铌酸锂等多种材料体系，可有效助力学员掌握无源光子器件设计技能。有源环节不仅包括电相移器、微环调制器、马赫曾德行波调制器、垂直光电探测器、热调谐波导等多种有源光子器件，还包含波分复用、PAM4收发等完整的PIC系统，可大大提升学员设计复杂光子集成电路系统的能力。

大纲：

1.计算电磁学常用数值方法(FDTD、FEM、MOM)简要介绍

2.FDTD基本原理简要介绍

3.FDTD人机交互界面介绍

3.1 主窗口布局及组件介绍

3.2 菜单栏与工具栏介绍

3.3 模型树与物件库(结构组、分析组)介绍

3.4 脚本提示与脚本编辑窗口实践

4.FDTD上手实操

4.1 材料库与数据导入

4.2 基本几何形体的使用

4.3 激励光源的选择

4.4 仿真区大小及网格划分策略

4.5 监视器的使用

4.6 计算资源配置与材料拟合

4.7 结果分析与Visualizer使用

5.Lumerical脚本命令介绍

5.1 Adding objects命令介绍

5.2 Manipulating objects命令介绍

5.3 Material database命令介绍

5.4 Running simulations命令介绍

5.5 Accessing data命令介绍

5.6 Analyzing data命令介绍

5.7 Visualizing data命令介绍

6.MODE模块介绍

6.1 FDE solver介绍

6.2 varFDTD solver介绍

6.3 EME solver介绍

6.4 三大求解器的对比与选择

7.FDE solver分析窗口各项设置详细介绍

7.1 模式有效折射率扫描案例实操

8.varFDTD solver各项设置详细介绍

8.1 非对称定向耦合器案例实操

9.EME solver分析窗口各项设置详细介绍

9.1  线性锥形波导案例实操

10.案例实操

10.1  Silicon-on-insulator上任意分束比的超宽带片上功率分束器

10.2  基于一维光子晶体纳米孔阵列的多波段全硅TM-pass起偏器

10.3  基于多模干涉的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器

11.案例实操

11.1  基于亚微米谐振器的超大自由光谱范围的分插光学滤波器

11.2  利用逆向设计算法优化基于绝热耦合器的超紧凑硅基模分（解）复用器

11.3  用于超宽带高消光比偏振分束器的硅基多模反对称切趾布拉格光栅

12. Multiphysics（CHARGE+HEAT）GUI窗口介绍

12.1 工具栏窗口介绍

12.2 CAD 窗口介绍

13. Multiphysics（CHARGE+HEAT）材料数据库介绍

13.1   添加内置材料至工程文件介绍

13.2   查看材料数据介 绍

13.3 创建及修改材料特性介绍

14. Multiphysics（CHARGE+HEAT）仿真区及求解器设置介绍

14.1   仿真区设置介绍

14.2 求解器设置介绍

- 求解器模式选择

- 网格尺寸设置

- 求解器类型选择及收敛控制

15. Multiphysics（CHARGE+HEAT）掺杂设置介绍

15.1 Constant 掺杂介绍

15.2 Diffusion 掺杂介绍

15.3 Implant 掺杂介绍

16. Multiphysics（CHARGE+HEAT）边界条件介绍

16.1   Electrical 边界条件介绍

16.2 Surface Recombination/Surface Charge Density 边界条件介绍

16.3 热边界条件介绍

17. Multiphysics（CHARGE+HEAT）监视器设置介绍

17.1   Charge  监视器介绍

17.2   Electric  监视器介绍

17.3   Band  监视器介绍

17.4 Temperature 监视器介绍

18. PN简单案例上手实操

19. 案例讲解

19.1 CHARGE

- PN depletion phase shifter – Ansys Optics

- Ring Modulator – Ansys Optics

- Traveling Wave Mach-Zehnder Modulator – Ansys Optics

- Vertical photodetector – Ansys Optics

19.2  HEAT

- Transient heat flow in a graphene-coated glass – Ansys Optics

- Thermally tuned waveguide (FDE) – Ansys Optics

20. Interconnect GUI窗口介绍

20.1 元件库介绍

20.2 Schematic 窗口介绍

21. Interconnect时域仿真和频域仿真介绍

21.1 Frequency domain 仿真介绍

21.2 Time domain 仿真介绍

21.3 Sample Rate 设置介绍

22. 案例讲解

22.1 Interconnect

- Ring modulator time domain (INTERCONNECT) – Ansys Optics

- Optical PAM4 transceiver – Ansys Optics

- Wavelength division multiplexing – Ansys Optics

23. 交流答疑

适合人群

* 光学、物理、材料、电子等相关专业学生

* 光学器件设计工程师

* 希望掌握Lumerical工具的科研人员