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Photon Design光波导设计软件模块介绍：纳米光子器件仿真

时间：2020-10-21 10:09作者：update 阅读(669) 评论: 5来自: 光研科技

导读：今天我们给大家介绍的是其中的模块OmniSim——纳米光子器件仿真（FDTD、FETD、RCWA）。

PhotonDesign是一套优秀的光子、光通信、波导光学系列软件，广泛用于光纤通信系统设计和光子器件设计。它具有其它软件无法替代的优势，功能强大，可以完全满足您的设计需要，包含多个功能模块，今天我们给大家介绍的是其中的模块OmniSim——纳米光子器件仿真（FDTD、FETD、RCWA）。

OmniSim

纳米光子器件仿真（FDTD、FETD、RCWA）

●特有的FDTD与FETD引擎组合

●高速FDTD引擎

●FETD引擎用于微纳等离子体高效收敛

●RCWA引擎，用于超材料和DOE器件

●FDTD集群，用于Windows和Linux系统

●Python和Matlab脚本

●支持任意张量的色散和非线性材料

●支持负折射率材料，用于色散渗透模型

●时域模型色散材料的自动宽带拟合

●有源FDTD使用载波速率动力学模拟纳米激光器

●丰富的案例库

●使用Kallistons自动优化

●脚本工具自动设计表面光栅耦合器

OmniSim是一种强大而灵活的模拟软件，用于微纳光子、等离子体和超材料器件的设计和优化。它有一个非常灵活的布局编辑器，配备了一整套高性能的3D和2D麦克斯韦引擎，包括FDTD、FETD、RCWA和FEFD，以及Kallistos优化器。

特有的FDTD和FETD引擎组合

使用快速先进的FDTD开始仿真，再切换到FETD进行高精度仿真

高效的FDTD引擎（时域有限差分）可以通过任何设计来模拟光的传播。FETD引擎（时域有限元）是FDTD的一个很好的补充，当需要高精度的结构时，它可以接管FDTD（如：等离子体）。

时域引擎特点：

●快速优化引擎

●2D和3D模拟

●支持多核心、多CPU计算

●支持64位系统，没有计算内存限制

●一键切换FDTD和FETD

●多光源选择：平面波、高斯光束、偶极子、波导模式，以及CW、脉冲或者用户自定义时间包络

●可导入FIMMWAVE中计算的模式剖面

●PML，金属，磁性的，周期或者Bloch周期边界

●完善的材料数据库

●各向异性材料（一般对称张量），磁导率，chi2和chi3非线性，负折射率材料

●Drude,Lorentz，Drude-Lorentz或Debye模型的自动色散材料宽带拟合

●用于测量空间、时间变化和光谱反应的各种传感器

●Fourier分析得到时域和频域结果

●远场计算

●方向通量和模式功率VS时间/波长

●与OmniSim框架全兼容

●模拟过程中场时时变化

●视频录制

FDTD特点：

●支持在Windows和Linux集群计算

●子网剖分工具

●具有载波动力学的有源FDTD

●高准确度的高级平均技术

●谐振腔拟合计算Q因子

●模体积计算器

●批处理管理器和参数扫描器

FETD特点：

●本时域有限元计算引擎是一种新的超级高效的方法，比传统的时域有限元方法更快

●自动正形四面体（3D）或三角形（2D）网格：没有锯齿化或表面的平均

●1到5阶有限元，可允许更大的有效单元

●根据局部折射率改变网格大小，在需要的地方自动使用更细的网格

●用于模拟低散射的TF/SF分析

FDTD子网工具，金纳米颗粒，64x加速模拟

FDTD和FETD收敛速度对比

RCWA：

模拟周期超材料、衍射光栅和DOEs

RCWA引擎可以模拟1D或2D周期结构中的光入射，比如衍射光栅，周期超材料，以及衍射光学元件。与标准RCWA工具相比，其精度有了很大改进。

特点：

●模拟1D和2D周期光栅

●任意角度入射，两个自由度，2D和3D模拟

●任意偏振：线性，圆形，椭圆

●支持金属和电介质材料

●支持倾斜结构

●创新方法模拟近场，消除一般RCWA计算的人为影响

●改进了1D周期倾斜光栅的计算方法

●检查模式和离散化折射率剖面

●内建光谱扫描，参数扫描和收敛测试

●近场图像，远场不同衍射级次下的功率计算（包括R/T）

FEFD：频域有限元（2D）

用于快速原型测试和优化的超快引擎

特点：

●基于全新高效的数值方法

●快速的计算速度

●支持对称多处理（SMP），多核心和多CPU计算

●高Δn计算能力

●与FDTD和FETD引擎结合使用

●激励源和探测器多元化

●参数扫描

●其速度和低数字噪声，使得自动优化非常理想

表面光栅耦合器工具

OmniSim表面光栅耦合器设计工具可以自动设计和优化表面光栅耦合器，只需要指定外型结构、波长和输入光束的参数，OmniSim会根据周期或者切趾选择，找到最佳的效率，自动生成2D光栅剖面。

此设计可以使用FDTD、FETD和FEFD引擎，进行高精度的效率计算。

3D锥形切趾光栅

切趾光栅中的辐射场

模拟表面等离子体和超材料

使用FETD和RCWA引擎

模拟微纳表面等离子体是一项具有挑战的工作，它需要设计到极高分辨率，复杂几何结构，离散的非线性材料周期和非周期结构。FDTD可以快速获得初始结果，但在计算具有金属表面结构的表面等离子体时，速度将会变慢。这时，可以使用FETD引擎进行计算，仅需要很短的时间和很少的内存得到高精度的结果。

使用FDTD和FETD设计环形和圆盘谐振腔

此案例是一个三环谐振腔，在耦合环之间可以看到谐振峰。虽然FDTD可以在较少的时间内计算出合理精度的结果，但当需要高精度结果是，也可以切换到FETD进行计算，并实现快速收敛。

FETD的另外一个优点是排除定义的无效区域，提高计算速度。如下图所示，环形中心部分为无效区域，这部分区域的场将不会计算。这个功能特别适用于大型环形和圆盘谐振腔。

硅纳米线Ｔ型连接器—Kallistos优化

为了优化硅纳米线T型连接器，首先使用2DFEFD引擎和自动优化工具Kallistos优化三个设计参数。用全局优化器寻找整个参数空间，同时可以测试设计参数的公差，使用多波长目标确保带宽最优。一旦最终的2D设计满足要求，系统就会转到3DFDTD进行局部优化，用于验证和微调。

如果您想了解这款软件或者有购买意向，请打电话或添加微信（号码：15172359028）进行咨询，也可以扫扫下面的二维码填写需求。

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