PhotonDesign光波导设计软件-PICwave 

光子IC电路和激光二极管/SOA仿真

特点    

●集成无源和有源光子IC仿真

●激光二极管和SOA物理模型

●光纤布拉格光栅模型

●集成其他严格Maxwell EM求解器

●可调谐激光二极管模型

●行波SOAs

●大型环形谐振腔

●Mach-Zehnder调制器

●电吸收调制器

●物理2D波导模型

●快速时域引擎

●简单方便的电路创建

●时间包络光谱

●可视化界面

什么是PICWave

PICWave是一个光子电路的仿真软件，包括激光二极管和SOAs的物理建模。模拟器可以用来研究大规模集成电路中的光子器件，例如可以在很短的时间内以几MHz的光频速率模拟一个2mm的环形谐振腔。此外，它的激光器模型能够

很好的用于开发下一代高级可调谐激光二极管。

功能：

●高效光子电路仿真

●时域行波模型TDTW

●光学响应光谱

●瞬态响应

●集成2D波导求解器

●任意时域信号输入

●可视化的图表

●可从其它EM求解器中导入器件模型

●光纤布拉格光栅模型

●材料数据库系统

有源模式：

●PI和PV曲线

●量子化噪声

●啁啾模拟

●RIN光谱

●行波电极仿真

●非洛伦兹增益光谱

●非线性增益

●集成光栅求解器，用于实折射率光栅和增益光栅

●载流子扩散和立体的空穴燃烧效应

●俄歇效应

●热效应

●导入增益表

●电吸收调节模拟

计算方法

PICWave的计算引擎是基于时域行波（TDTW）模型。

结构描述

包括无源器件和有源器件，无源器件包括波导、Y型连接器、定向耦合器、反射镜；有源器件包括SOA，以及其他电吸收调制器。

波导可以用一个有效折射率来定义，或者可以创建一个外延层的横断面，让程序自己来寻找波导的特性。每个层面可以设定为包含载流子的有源材料，也可以包含沿z轴周期变化的结构，用来定义布拉格反射。

波导模型

程序包含一个2D波导求解器，是基于全矢量有限差分方法。

光栅模型

    程序包含一个“Kappa”计算器，通过耦合模式理论模拟任意形状的光栅结构。支持增益光栅、损耗光栅和实折射率光栅。

电模型

有源部分包括整个物理模型，模拟每个层面中的横向载流子扩散。每个部分由一个或多个电接点，这些接点通过一个组态网络联接一个驱动节点。电接点包括一个行波模型，用来模拟电信号的传输，在高速行波调制器中尤为重要。

输出结果

PICWave是以函数的形式输出的，是关于时间或者波长、时间包络光谱、相对位置光功率的函数；用于检测有源层增益、载流子密度等等。通过数据信号的统计测量得到曲线图。

与FimmProp、OmniSim以及其他无源求解器联合使用

如果使用一个电磁仿真软件模拟Y型连接器，可以通过独立波长散射矩阵，把它的结果导入到PICWave中。如果使用FimmProp或者OmniSim，也可以把得到的数据导入到PICWave中。

与Harold链接使用

Harold是一个量子阱异质结构模型，PICWave可以从Harold导入增益列表、载流子寿命方程等，使得PICWave能够准确模拟量子阱结构。

运行平台

PC：x86/x64，Win2K/XP/Vista/Win7，1GB RAM，Pentium 2GHz或者更高。

样例：有源2R光学再生器：

PICWave的优势之一是可以把无源器件和有源器件结合起来。光学再生器包含了一个大型无源光回路和两个SOAs，光回路总长超过10000um。

下图所示的是Mach-Zehnder干涉仪，在每个臂上各有一个SOAs。zui初一个稳态信号进入到MZI（λ2），然后被分成两路，zui后在右边组合输出。当另外一个数据信号（λ1）输入的时候，就破坏了原有的干涉特性，因此关闭了输出。也就是说我们可以通过再生信号的开和关，放大原有信号，并把信号波长转换为另一个波长。

模拟一个再生器，使用NRZ伪随机输入位图，开关时间比为5:1，上升时间为100ns。下图所示输入和输出信号，可以看出再生信号具有很高的开关时间比，使得输出产生20倍的放大，同时SOAs也给输出带来了很大的噪声信号。PICWave包含一个噪声源的扩展模型，模拟载流子波动、相位噪声和强度噪声。

有源模型支持所有的物理结构，包括脊型波导和隐埋异质结构。入射剖面可

以是复合结构，可进行横向载流子剖面仿真，包括载流子扩散和立体的空穴燃烧效应。

其中一个有源层包含一个增益光栅，另外一个则用于饱和吸收。

环形谐振腔滤波器：

PICWave可以轻松高效的模拟100um直径大小的环形谐振腔，计算方法比FDTD更高效。计算一个由三个200um直径大小的环形谐振腔，波长分辨率为50MHz，光谱范围为50nm，仅仅需要几分钟的时间。

可调谐激光器的动态响应：

PICWave提供器件时域响应的详细信息。

下图所示的是一个采样光栅DBR（SG-DBR）可调谐激光器的仿真。

光栅具有不同的采样周期，因此激光只能在两个光栅的反射谐振相同时才能产生。

改变其中一个的折射率（通过增加注入电流）将会导致激光波长的离散化，进而带来“游标刻度”式的影响。

光纤布拉格光栅：

PICWave可以模拟任意啁啾和切趾剖面的光栅，同时获得这些光栅的时域结果和光谱特性。

下图所示回路是光纤布拉格光栅散射补偿器。入射数据信号通过滤波器模拟光纤长度强色散，色散信号反射到一个色散补偿光栅，zui后原始信号被还原。

PICWave仿真结果如上图所示：光栅的反射率和群延迟光谱，以及散射补偿。

多洛伦兹增益模型：

PICWave能够准确模拟一个SOA或者激光二极管的增益光谱。下图绿线所示，不同载流子密度下的增益光谱。PICWave自动生成一个时域模型（蓝线），以覆盖较宽的光谱，这个光谱考虑了温度影响，也能够给出其他激励的增益光谱。