案例研究
「Ansys Lumerical 模擬軟體符合我們對於準確度、相容性、使用便利性和支援的要求，讓我們能自信地設計和最佳化光子裝置。這套軟體能輕易整合製程資料，提供實用且切合現實的模擬結果。此外，該軟體的可客製化特性讓我們能根據特定需求調整複雜設計，並採用進階最佳化方法。高品質的技術支援與資源確保我們充分發揮了該軟體的效能。」
──Mariam Aamer Benelfaquih，LIGENTEC 資深研發光子元件設計工程師
積體光路 (PIC) 技術與應用的進展正推動每一代光子產品在效能標準與複雜度方面不斷提升。在滿足嚴苛效能與複雜度要求的同時，確保可製造性與良率，是 PIC 產業面臨的一大關鍵挑戰。
挑戰
由於設計過程涉及多次迭代、製程與測試，因此既具挑戰性又耗時、成本高昂。LIGENTEC 致力於最佳化複雜的 PIC 與光子元件，以達到特定效能標準，包括經過最佳化的波導交叉，兼顧多項效能指標，如低插入損耗、最小反射、緊湊尺寸與低串擾。
工程解決方案
LIGENTEC 將 Ansys Lumerical FDTD 中的光子反向設計 (PID) 功能用於波導交錯的設計和最佳化。該公司的工程解決方案包括設定結構的初始幾何形狀、定義模擬參數與材料特性、設定設計目標與限制條件，並執行最佳化演算法以產生最佳化設計。
效益
- 設計最佳化目標與限制條件的可客製化。
- 共同最佳化多項效能指標，包括插入損耗、尺寸與串擾。
- 透過結合高效率且快速的 varFDTD 方法與 Lumerical 強大的 3D FDTD 方法，以及其與 PID 最佳化的無縫整合，提升設計流程效率。
- 探索極大設計空間，並找出使用傳統最佳化方法極難且耗時才能發現的最佳設計。Lumerical varFDTD 可快速探索設計空間，並透過完整的 3D FDTD 模擬萃取高準確度結果。
- 設計出新的波導交叉，其尺寸縮小 4 倍，同時維持約 0.02 dB/交叉的低損耗效能與低於 –60 dB 的串擾。
- 透過製程變異分析，達成可製造的設計，並具備對 3σ 製程變異的強健性。
- 在電腦輔助設計 (CAD) 環境中，支援以指令碼方式將最佳化設計轉換為實體光罩版圖 (.gds 檔)，並依據代工廠製程進行製造。
- 此工作流程簡化了公司的 gds 版圖產出流程，並消除了所有潛在錯誤來源。
- 如量測圖所示，設計的效能已被精確地最佳化並成功做出預測。
- 能夠考量製程變異及其限制，於設計初期即識別潛在問題，實現一次到位的設計，從而省去重複設計流程，並降低高成本製造失敗的風險。
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