В САПР VPIphotonics появилась среда

18.06.2021

В САПР VPI Photonics появилась новая среда моделирования VPIdeviceDesigner, предназначенная для моделирования и разработки волоконно-оптических линий передач, структур и различных сложных интегральных устройств, то есть ориентирована на создание многоядерных, многомодовых фотонно-кристалические устройства.

САПР имеет обширную библиотеку материалов с возможностью создания собственных с требуемыми характеристиками. Широкие возможности представления результатов измерений помогают легко находить дефекты и изучать процессы в проектируемом устройстве.

Отдельно стоит отметить, что САПР использует постобработки данных на базе Python. Это позволяет самостоятельно адаптировать ряд фукнций VPIdeviceDesigner под свои задачи.

Разработка интегрированных фотонных устройств и оптических волокон

VPIdeviceDesigner — универсальная среда моделирования для анализа и оптимизации интегрированных фотонных устройств, волноводов и оптических волокон. Данный САПР предлагает набор полновекторных решающих устройств с конечной разностью, которые поддерживают настраиваемую неоднородную сетку с симметричными и идеально согласованными границами поглощения слоев для моделирования управляемых режимов в прямых, изогнутых волноводах и оптоволокне. Для моделирования фотонных устройств САПР имеет возможность реализации двухмерного и трехмерного метода распространения луча в частотной области. САПР поддерживает определение поперечного сечения двумерных волноводов и трехмерных устройств, сделанных из реальных оптических материалов (дисперсионных, температурно-зависимых, легированных и т.д.)

Также в САПР доступен расширенный анализ результатов моделирования, включая манипуляции с расчетом электромагнитных полей и автоматизации проектирования с учетом требуемых критериев эффективности.

VPIdeviceDesigner использует Python и библиотек NumPy, SciPy и Matplotlib. Кроме того, VPIdeviceDesigner упрощает создание компактных имитационных моделей для проектируемых волноводов и устройств, обеспечивая интеграцию с VPIcomponentMaker, Photonic Circuits и VPItoolkit PDK с расширением файлов fab.

Преимущества VPIdeviceDesigner

Упрощение сложных структур волноводов и задач оптимизации с помощью интерфейса Python;
Моделирование прямых, изогнутых волноводов, волоконно-оптических линий передач из дисперсионных, анизотропных материалов и материалов с потерями;
Моделирование многомодовых, многоядерных и фотонно-кристаллических волоконно-оптических устройств;
Моделирование однонаправленных матриц распространения и рассеяния электромагнитного поля для планарных и объёмных фотонных устройств;
Проверка поперечных сечений, слоёв устройств и анализ результатов, используя расширенные и настраиваемые возможности визуализации;
Интеграция с симулятором схемотехнического уровня VPIcomponentMaker Photonic Circuits.

Дисперсионные, анизотропные оптические материалы и материалы с потерями

Линейное определение бездисперсионных оптических материалов с потерями;
Встроенная библиотека дисперсионных и термооптических материалов (воздух, кремний, InP, LiNbO₃ и стандартные металлы);
Встроенная поддержка моделей дисперсионных материалов Селмейера и Лоренца-Друде;
Возможность создания материалов с произвольная частотная зависимость показателя преломления или диэлектрической проницаемости, потерь и термооптического коэффициента;
Анизотропные оптические материалы (включая гиротропное двойное лучепреломление и магнитооптический эффект).

Гибкое определение структуры волноводов, оптоволокна и 3D-устройств

Стандартные планарные формы: круг, эллипс, прямоугольник, трапеция, многоугольник.
Планарные формы с бесконечной площадью: плоскость, полуплоскость, плоский сектор, слой, полуслой.
Предопределенные трехмерные формы: конечный объем (куб, призма, цилиндр) и бесконечный объем (пространство, полупространство).
Пользовательские изогнутые трехмерные волноводы с переменной шириной, созданные путем выдавливания поперечного сечения волновода по заданной кривой.
Пользовательские объекты разметки с градиентным показателем преломления для легированных волокон и диффузных волноводов
Замена, совмещение, добавление показателей преломления или диэлектрической проницаемости материалов для перекрытия объектов.
Многоугольники с любым количеством ребер для определения сложных схем поперечного сечения волноводов и волокон.
Создание новых форм путем сборки и изменения предопределенных форм, включая выполнение логических операций, масштабирование и зеркальное отображение или сглаживающих операций.
Интерактивная визуализация трехмерных форм, срезов макета и визуализация устройств.

Настраиваемая неоднородная разностная сетка

Встроенная адаптивная квазиоднородная сетка.
Равномерные, квазиоднородные и растянутые сетки в определяемых пользователем областях макета.
Произвольные пользовательские неоднородные сетки
Субпиксельное усреднение дискретизированной диэлектрической проницаемости

Полновекторные вычислители для оптических режимов с конечной разностью

Полновекторные вычислители с конечной разностью мод для прямых и изогнутых анизотропных и изотропных канальных волноводов и волокон;
Специализированная одномерная программа для расчета прямых и изогнутых планарных волноводов;
Расчет направляемых и негерметичных режимов (утечка на подложку, утечка из-за изгиба);
Поддержка недиагональной анизотропии для прямых волноводов;
Особенности электрического поля вблизи острых углов плазмонных и высококонтрастных волноводов;
Поглощение граничных условий идеально согласованного слоя (PML);
Симметричные граничные условия для идеального электрического или магнитного проводника (PEC, PMC).

Полновекторные методы распространения конечно-разностного луча

Полновекторные конечно-разностные 2D- и 3D-схемы для моделирования устройств фотоники;
Возбуждение плоскими волнами, гауссовыми лучами, соединительным режимом или произвольным распределением поля;
Поддержка PML и прозрачных граничных условий.
Расчет матриц рассеяния для 2D и 3D фотонных устройств.

Объектно-ориентированные операции с полями управляемого режима

Работа со скалярными и векторными полями, как со сложными математическими объектами;
Встроенная интерполяция и визуализация полей;
Применение многочисленных алгебраических операций к вычисляемым полям.

Автоматическое сканирование параметров

Вычислитель с режимом построения массива частот или длин волн и массива требуемых значений температуры или радиуса изгиба;
Автоматический расчет управляемых режимов для всех желаемых значений параметров;
Автоматическая подготовка и интерполяция вычисленных показателей коэффициента эффективности и затухания.

Расчет параметров фотонных устройств

Расчёт индекса группового режима моды и модовой дисперсии;
Расчет интегралов перекрытия между различными режимами полей;
Расчет эффективности оптической связи, эффективной области режима и других характеристик;
Моделирование на уровне схем фотонных устройств на основе волноводов.

Пример: многоядерные и фотонно-кристаллические волокна.

С помощью VPIdeviceDesigner можно выполнять анализ свойств спроектированных волноводов и оптоволокна. Встроенные вспомогательные программы позволяют легко рассчитывать эффективную область режима, коэффициент удержания моды, показатели эффективности и индекс групповой моды, затухание и другие характеристики.

Пример: интегрированные устройства с BPM

Вычислители 3D и 2D позволяют моделировать фотонные интегрированные устройства, поперечное сечение которых может изменяться в пределах оси распространения, например направленные ответвители, преобразователи поляризации.