本课程主要是向各位学员全面介绍和展示，Lumerical微纳光电子学仿真设计软件的特点、功能以及应用领域等。并通过本课程，教会大家正确使用FDTD Solutions、MODE Solutions、DEVICE等微纳光电子学模拟软件，并独立地开展学术和工程研究

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课程目录

第1部分：FDTD Solutions 软件FDTD Solutions简介

• FDTD Solutions是一款基于有限时域差分法（FDTD算法）求解矢量Maxwell方程的专业微纳光子学仿真分析软件，可以模拟紫外、可见、红外乃至太赫兹和微波频率段电磁波与具有亚波长典型尺寸复杂结构的相互作用，因此可用于微纳光学材料、微纳光子器件等微纳光子学领域的设计、分析与优化。

FDTD Solutions技术特点

• 独有的共形网格技术：确保计算的精度，且可仿真光子学领域常见的色散材料

  独有的多系数材料建模功能：允许用户设置各种线性、非线性、增益、色散和各向异性等多种材料模型

  独有的自适应网格技术：减少对计算资源的需求

  Bloch边界条件：可以实现光源各个角度斜入射的高精度仿真

  灵活的CAE设计环境：通过基本结构、预先定义的复合形体或者自输入功能，用户可以建立任意复杂的几何形貌

  友好的3D操作界面：可进行图形化设计

  强大的script文本程式：可实现参数化建模和结果的高级分析，也是高级设计分析和优化必不可少的关键技术

  直观的视觉化工具：使得复杂的分析变得极其简单，且可以自动输出视频并具有结果动态显示功能

  数据的交互使用与数据的输入输出：FDTD Solutions支持与常用工程软件之间的数据交换

  参数扫描、优化和成品率分析：设计文件建立以后，用户可以很方便地了解关键参数变化对结果的影响

  高性能计算：高度优化的计算引擎以及其分布式和并发式并行计算，可以大大加速计算

  与Matlab完全兼容

  亚马逊EC2云计算：FDTD Solutions是唯一一款专门设计并获得在EC2上授权工作的微纳光子学仿真软件

第2部分：MODE Solutions 软件MODE Solutions简介

• MODE Solutions拥有特征模式计算以及长距离光场传播的各种仿真方法，是一款集设计、分析、优化为一体的仿真波导结构的理想工具。特征模式计算引擎可以计算任意形状波导中模式的物理特性；其2.5D varFDTD可以快速高精度仿真SOI楔形波导和环形谐振腔等；特征模式展开法 eigenmode expansion (EME) solver是仿真长传播距离波导器件，如模斑尺寸转换器、楔形波导和布拉格光栅等器件的理想方法。

  与Lumerical的光电子仿真软件DEVICE组合使用，MODE Solutions可设计和分析主动光电子器件，如高速光电子调制器等。

MODE Solutions技术特点

• 任意波导、光纤模式分析

  金属等色散材料建模功能

  近场—远场变换功能

  强大的script文本程式，具有参数化建模功能

  自适应与共形网格技术，减少计算内存的需求同时确保计算精度

  直观的视觉化工具，可以自动输出视频，具有结果动态显示功能

  支持多核多节点分布式并行计算

  与Matlab完全兼容

第3部分：DEVICEDEVICE简介

• DEVICE采用工业界验证的漂移-扩散方程对半导体中载流子进行静态和瞬态分析。DEVICE软件使用高级的有限元网格生成算法，能够有效地处理任意几何形状，精确地仿真创新的集成光电子设计。DEVICE为用户提供了一套完整的工具来设计和评估半导体器件，包括集总过程的模拟，全面的材料物理模型，以及强大稳健的器件模拟数值算法。DEVICE与波导设计软件MODE Solutions联合使用，可以设计、分析如高速光电子调制器之类的主动器件。

DEVICE技术特点

• 支持用户自由设计任意形貌的复杂器件

  具有稳健的Gummel—Newton求解引擎

  强大的script文本程式，具有参数化建模功能

  3D半导体器件仿真

  包含CMOS在内的硅基器件的高级材料建模功能

  参数化扫描与优化

  支持多核多节点分布式并行计算

  软件包含扫描与优化功能

  与Matlab完全兼容

第4部分：INTERCONNECTINTERCONNECT简介

• IINTERCONNECT是一款集成光子线路的设计软件，利用其树形分布的示意图可以简便、可靠地设计、仿真和分析复杂和大型光子集成线路。

  INTERCONNECT 同时含有时域和频域求解器。时域仿真通过数据流系统仿真器进行，比传统的时间离散或时间驱动的模拟器更具灵活性。频域仿真利用散射数据来计算线路的整体响应，它是通过求解一个稀疏矩阵，即表征线路连接的散射矩阵来计算的，其中每个散射矩阵代表一个独立元件的频率响应。其先进的分析和可视化工具可以实现振幅、相位、群延迟和色散等线路行为的计算。

INTERCONNECT主要特点

• 同时具有时间域和频率域求解器，用户可自由选择

  直观的光子集成线路原理图编辑器

  强大的光子集成电路元件库

  先进的优化和参数扫描功能

  简便的数据管理与分析

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

  集成的script脚本语言，与Matlab完全兼容

  可进行成品率分析