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Ansys 2024 R2-Ansys 光学与光子学仿真新功能介绍——Lumerical

摩尔芯创

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Lumerical 新功能介绍

1. CMOS图像传感光子逆向设计的改进

1.1 LumOpt及Lumerical中通过伴随方法实现PID的Python API优化框架进行了两项改进：

1）新增一种新的品质因数，用于优化传感器各个区域的电场；

2）新增一个场区域对象（监视器（+记录源）会使2D和3D的仿真流程更简单）。

1.2 对于CMOS图像传感器中彩色路由器超表面的逆向设计，可提高其效率并最大限度地减少串扰。

2. 新增严格耦合波分析（RCWA）求解器功能

2.1 新增Li factorization 选项（可提高一维金属光栅收敛速度）。

2.2 在RCWA中新增折射率预览（在运行仿真之前能预览折射率分布）。

2.3 内存估计和报告。

1）当记录场数据时可提供更多的多线程；

2）在UI和日志文件中新增结果数据；

3）新增内存报告。

3. SiGe QCSE电吸收调制器增强

基于量子约束斯塔克效应（QCSE）仿真硅锗电吸收调制器，可结合Lumerial CHARGE和多量子阱（MQW）求解器检查细节（现支持8×8 k.p方法、激子模式的变分算法、梯度合金特征），使得吸收结果中的QCSE效应与测量结果完美匹配。

4. 图层生成器的改进

支持多层侧角的波导，每一层都能设置波导的侧角。

1）可从脚本更新；

2）兼容3D模型视图；

3）可在GDS层之间进行布尔运算。

5. CML编译器模型改进

CML编译器中的Verilog-A参数化PD模型得到增强，可支持：

1）电气等效电路用于模拟准确的负载效应；

2）通过混频来模拟通道串扰；

3）散粒噪声用于精确计算SNR（信噪比）和BER（误码率）。

6. Klayout-Lumerical 多物理场工作流程改进

新增功能：

1）直波导和弯曲波导端口延伸（将波导延伸到仿真区之外，以避免波导结构边缘的反射）；

2）任意光入射角的自动端口设置；

3）通过Klayout phthon API实现直接桥接通信的性能提升5倍。

7. GDSFactory-Lumerical INTERCONNECT 原理图驱动布局流程

采用GDSFactory开源布局软件的全新PIC原理图驱动设计，工作流程：

1）设计PIC原理图并在Lumerical INTERCONNECT平台运行仿真；

2）将SPICE网表导出至GDSFactory工具，用于自动布局和布线。

8. 共封装光学元件-光学IO仿真

Ansys Zemax和Lumerical提供可互操作的工作流程，使得工程师能使用光线追踪和基于Maxwell方程的仿真工具准确地解释其设备中的纳米级和宏观级光学效应。

9. FDTD多GPU加速

2023 R2版推出GPU加速，2024 R1推出单节点GPU加速以及支持多GPU共享显存，而2024 R2推出了单节点多GPU加速（仿真更快、更大模型内存）。

10. 用于CMOS图像传感器的FDTD GPU

现在周期性和Bloch边界条件可用GPU仿真，GPU和CPU的仿真一样准确，同时也兼容多GPU加速运算。

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来源：摩尔芯创

Lumerical Python API (四) - Lumerical脚本命令与Python方法

Python会话中，几乎所有Lumerical脚本语言都可以当作方法使用，lumapi中定义的方法和Lumerical脚本命令具有相同的名称，在创建会话后可以直接调用。例如上一节提到过的添加矩形：fdtd.addrect() #addrect加上括号成为Python方法定义在lumapi中的方法，都可以使用help( )函数获取帮助文档，例如，如果想知道addfdtd( )的使用方法，只需在终端运行：fdtd = lumapi.FDTD()help(fdtd.addfdtd)就会得到下面图1所示的信息。在.lsf脚本中使用的运算符不能在Python中重载，下面这些代数、逻辑符号无法被直接访问[1]，所以在编程过程中需要注意Python运算符的用法：*/+-^>=<>&and|or!~在编程时需要注意两种语言的区别，类似的差异还有很多，例如Lumerical中使用"?"运算符后面加变量，就可以输出该变量的值，但是在Python中，要使用print( )函数完成这一操作。Lumerical和Python的数据类型在相关的操作、方法和访问方式上也会有所不同，有关如何在环境之间传递数据类型的摘要，请参阅[2]和[3]中的详细叙述，有关Lumerical数据类型和访问的信息，请参阅[4]中的详细叙述，内置Python类的详细手册也可以在[5]中找到，本文不再赘述。Lumerical脚本语言在许多方面与Python有相近之处，有些用法又近似于matlab，了解三者之间的共性和差异，才能更好地运用这些工具。下一节将介绍Lumerical和Python在lumapi接口上的数据传递。[1]https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360041579954[2]https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360043683873[3]https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360043683073[4]https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360034409554[5]https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html来源：摩尔芯创