案例研究
“Ansys Lumerical仿真软件可满足我们对工具在准确性、兼容性、用户友好性和支持方面的标准，使我们能够满怀信心地设计和优化光子器件。该软件可轻松集成制造工艺数据，以获得实用且真实的仿真结果。此外，该软件具有高度可定制性，同时利用先进的优化方法，使我们能够根据特定需求调整复杂设计。同时，高质量的技术支持和资源确保了我们能够充分利用该软件。
——Mariam Aamer Benelfaquih，LIGENTEC高级研发光子设计工程师
光子集成电路（PIC）技术和应用的进步，正推动新一代光子产品朝着更高性能标准与复杂度方向发展。在满足严苛的性能与复杂度要求的同时确保可制造性和良率，是PIC行业面临的一项关键挑战。
挑战
设计流程可能极具挑战性、耗时且成本高昂，因为其涉及多次迭代、制造和测试。LIGENTEC致力于优化复杂的PIC和光子器件，以满足特定的性能标准，包括需要满足多项指标的优化波导交叉，例如低插入损耗、最小回波反射、紧凑尺寸和低串扰。
工程解决方案
LIGENTEC使用Ansys Lumerical FDTD中的光子逆向设计（PID）功能来设计和优化其波导交叉。该公司的工程解决方案包括指定结构的初始几何形状、定义仿真参数和材料属性、设置设计目标和约束条件，以及运行优化算法以生成优化设计。
优势
- 支持设计优化目标和约束条件的自定义设置。
- 实现多项指标的协同优化，包括插入损耗、器件尺寸和串扰。
- 通过将Lumerical中高效快速的varFDTD方法与强大的3D FDTD方法相结合，并与PID优化无缝集成，显著提高设计周期效率。
- 探索超大设计空间，并找到使用传统优化方法难以发现且耗时的最佳设计。通过Lumerical varFDTD，可以快速探索设计空间，然后从完整的3D FDTD仿真中提取高精度结果。
- 设计了一种新型波导交叉结构，在保持低损耗性能（单次交叉插入损耗约0.02dB）和串扰低于-60dB的同时，其尺寸缩小了4倍。
- 通过工艺公差分析，实现了能够量产的设计，并对3σ工艺波动表现出良好鲁棒性。
- 支持通过脚本自动将计算机辅助设计（CAD）环境中的优化设计转换为实体掩膜版布局（.gds文件），使其符合代工厂工艺规范并可直接投入制造。
- 该工作流程简化了该公司生成GDS布局的过程，并消除了所有错误来源。
- 准确优化并预测设计的性能，如测量图所示。
- 能够考虑工艺变化的影响及其局限性，以便在设计流程早期发现潜在问题，实现首次即正确的设计，从而消除设计迭代的需要，并最大限度地降低成本高昂的制造失败风险。
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