PhotonDesign光波导设计软件-OmniSim

*的光子模拟

特点：

●2D和3D的FDTD引擎

●高速FEFD引擎

●32位和64位不同版本

●真正的SMP，用于多核计算机快速计算FDTD

●FDTD集群，用于Windows和Linux系统

●带有载波速率方程的有源FDTD版本

●全面、灵活的用户友好界面

●输出GDS-II格式文件

●Drude、Lorentz、Debye等材料色散模型，可以精确用于金属

●负折射率材料，用于色散渗透模型

●FDTD傅里叶分析输出：每次运算都会生出光谱响应

●使用Kallistons自动优化

●约束系统

●脚本自动控制

什么是 OmniSim

OmniSim 用于*3D光子设备的设计和仿真，它包含一个的设计

编辑器，具有基于机械CAD软件的许多特点。它包括了3D-FDTD 和有限元在内的引擎。

到现在为止，大部分的光子设计工具限制在笛卡儿方向的结果输出，比如和模拟任意角度的波导锥体是很困难的。OmniSim 排除了这些障碍，可以输出任意结构。

布局编辑器

●模型可以自由旋转

●分层架构：定义组件并为其他设计提供参考，对于任意的深度

●确定参数：定义结构尺寸

●初始工具库，用于定义波导、锥形、弯曲、s弯曲等等

●Mask菜单输出GDS-II，使用层次（GDS-II单元）减少文件的大小

●限制系统，通过联接元件来建立更复杂结构

●设备层编辑器，快速定义轴向生长结构

●多级撤销/再撤销

●支持蚀刻和再生处理

●脚本系统，允许建立程序化结构，自动建立非常复杂的结构

●3D物体模型，像立方体、椭圆体、圆柱体

频域有限元引擎（FEFD）

OmniSim中的FEFD引擎是的2D麦克斯韦求解器，用于任意光子结构的EM场传播。目前的FDTD只计算综合性问题，要想得到准确和快速的结果只能通过频域的方法来得到。

FEFD引擎的计算速度很快，特别在计算2D结构甚至更复杂结构时，比其他工具都要快。

特点：

●基于全新高效的数值方法

●快速的计算速度

●支持多CPU处理

●高Δn计算能力

●与 FDTD引擎的结合

●激励源和探测器多元化

●基于可变系统的参数扫描

●其速度和低数字噪声，使得自动优化非常理想

时域有限差分引擎 （FDTD）

特点：

●集成于OmniSim框架

●支持2D和3D的仿真

●快速的优化引擎

●支持多CPU处理

●支持Windows和Linux集群处理

●*的子网格工具，根据需要剖分网格，特别适用于等离子体模拟

●有源FDTD（可选模块）

●支持64位操作系统

●特殊的技术，减少内存的使用

●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

●结合FIMMWAVE中全矢量模式求解器计算模式剖面

●PML，金属，磁性的或周期边界

●材料数据库，包括损耗、材料色散、金属等；色散光谱适用于Drude, Debye 和Lorentz模型

●各向异性的材料、磁导率、非线性

●批处理和参数扫描

●视频记录

探测器

点击和拖动任意需要的探测器来测量场、强度和相对于时间、波长或空间的功率通量：

●FFT计算，生成输出、传输和反射光谱

●在波导模式下，监视器功率的重积分

●定向通量监视器，计算通过某个探测器的前向和后向通量

●垂直和水平探测器

●盒状探测器，计算模式容量，监视所给容量内的能量

●远场计算

监视器

这个程序提供许多运行监视器。通过这些监视窗口，可以快速看到模拟系统是否在做你所希望的事情。

FDTD引擎支持*的子网格工具，用于增加空间分辨率，进而加速计算。4×子网格能够将3D仿真加速到64×。对于等离子体的仿真，它是非常理想的工具。上图所示，金属球附近的网格大小从80nm减小到10nm。

KALLISTOS – 自动*化（可选项）

Kallistos 模块在OmniSim设计组中增加了强大的自动优化功能。它会节省几小时的设计时间，而且会得到通过手工反复试验也无法得到的好的设计。可以选择3或4个参数来寻找全局*化，或者选择10个或者更多的参数来寻找局部*化。

这个模块提供了许多*化的运算方法，可以从局部和全局来选择，也允许自定义设计目标（目标方程），包括使用多波长的*化来进行宽波带的设计。

这是一个可视化和交互式工具，可以传递大量的数据，这样可以更直观的查看设计进程。

运行平台

PC: XP/Vista/Win7, 2G RAM, Core2Duo 1GHz或更好的。

设计案例――纳米线Ｔ型连接器

对于OmniSim设计系统，光子无源器件的设计，提供给设计者一个设计过程，和其他工具有相同的功能和速度。和一般的设计过程相比，将会缩短设计时间，根据需要从几周缩短到几天或几小时。

在OmniSim编辑器中，先创建图形结构，再确定参数，然后使用快速的2D频域引擎和Kallistos（自动优化）来优化2D结构。多波长的优化会确保适当的带宽，这样装置不会对特定的参数十分敏感。也可以用不同的参数重新优化。

一旦zui终的2D设计满意要求，系统就会转到3D FDTD。虽然它的计算会比2D频域慢，但此时只需要细微的调整，zui后的优化会使用快速的局部优化方法。

上图所示，纳米线Ｔ型连接器的优化。这个结构有三个临界的参数，设计的目标是确保在每一个分支中尽可能的接近输入光线的50%。初始结构有一个近似20%/arm的传输率。使用Kallistos的全局优化来优化这三个参数。左数第三个图，显示的是Kallistos进程树，在经过20分钟200次的反复计算后，得到传输率大于40%/arm的装置（见上图右）。

转换到3D-FDTD，使用局部优化进行验证和微调。在工作波长1.55um处，3D装置有近似40%/arm传输率。上图所示输出光谱图，显示其带宽性能。