【光电通信】硅光电子器件仿真技术

今日光电 2023-04-03 10:00 1275浏览 0评论 0点赞

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今日光电

有人说，20世纪是电的世纪，21世纪是光的世纪；知光解电，再小的个体都可以被赋能。欢迎来到今日光电！

----与智者为伍为创新赋能----

光电作为物理类专业课程中极为重要的一部分，其教学内容一直受到各个高校的重视。结合目前许多学生对实验开展的痛难点，将软件仿真引入实验当中，通过软件的可视化处理有效直观的展示光电仿真的流程，与实验数据结合，使得文章内容具有说服力、预见性和新颖性。

为解决大家在光学软件仿真学习过程中遇到的问题，应广大新老客户的学习需求特举办“COMSOL多物理场/RSoft光电器件仿真设计”系列专题线上培训班，本次培训主办方为北京软研国际信息技术研究院，承办方互动派（北京）教育科技有限公司，具体相关事宜通知如下：

专题一	COMSOL光电仿真技术与应用（详情内容点击查看） 2023年04月15日-04月16日 2023年04月22日-04月23日（在线直播四天）
专题二	RSoft光电器件设计仿真技术与应用（详情内容点击查看） 2023年04月15日-04月16日 2023年04月22日-04月23日（在线直播四天）

培训特色

线上实训、Step by step的教学方式、课堂上连麦答疑、课后提供无限次回放视频，发送全部案例模型文件，建立永不解散的课程群，长期互动答疑；以具体案例和科研论文为实例，讨论在处理具体问题时如何应用专业软件以及如何做出能够发表的结果；

每一专题课程均通过多个场景案例的应用实例讲解，学习借助相应软件在不同的应用环境下分析、评估、预测行业中涉及器件的性能的方法，使光电子器件设计满足当前和未来的发展。

学员反馈/课堂答疑/学习成果

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培训讲师

COMSOL

来自国家“双一流”建设高校、“211工程”“985工程”重点高校。授课讲师有着丰富的COMSOL使用经验，以第一通讯作者在《Nature Communications》、《 Physical Review Letters》、《Advanced Materials》等国际Top期刊发表论文数十篇。擅长领域：微纳光子学、拓扑光子学、非厄米光子学、光芯片、电磁超材料器件等。

RSoft

浙江省高校教师，博士毕业于中科院半导体研究所，主要从事半导体微纳光电器件研究。对RSoft软件多模块有较深入的理论及实践应用经验。

培训大纲

COMSOL 多场耦合仿真技术与应用

（一）案列应用实操教学：
案例一	光子晶体能带分析、能谱计算、光纤模态计算、微腔腔膜求解

案例二	类比凝聚态领域魔角石墨烯的moiré 光子晶体建模以及物理分析
案例三	传播表面等离激元和表面等离激元光栅等
案例四	超材料和超表面仿真设计，周期性超表面透射反射分析
案例五	光力、光扭矩、光镊力势场计算
案例六	波导模型（表面等离激元、石墨烯等）本征模式分析、各种类型波导传输效率求解
案例七	光-热耦合案例
案例八	天线模型
案例九	二维材料如石墨烯建模
案例十	基于微纳结构的电场增强生物探测
案例十一	散射体的散射,吸收和消光截面的计算
案例十二	拓扑光子学：拓扑边缘态和高阶拓扑角态应用仿真
案例十三	二硫化钼的拉曼散射
案例十四	磁化的等离子体、各向异性的液晶、手性介质的仿真
案例十五	光学系统的连续谱束缚态
案例十六	片上微纳结构拓扑优化设计(特殊情况下，利用二维系统来有效优化三维问题)
案例十七	形状优化反设计：利用形状优化设计波导带通滤波器
案例十八	非厄米光学系统的奇异点：包括PT对称波导结构和光子晶体板系统等
案例十九	微纳结构的非线性增强效应，以及共振模式的多极展开分析
案例二十	学员感兴趣的其他案例
（二）软件操作系统教学：
COMSOL 软件入门	初识COMSOL仿真——以多个具体的案例建立COMSOL仿真框架，建立COMSOL仿真思路，熟悉软件的使用方法
	COMSOL软件基本操作 Ø 参数，变量，探针等设置方法、几何建模 Ø 基本函数设置方法，如插值函数、解析函数、分段函数等 Ø 特殊函数的设置方法，如积分、求极值、求平均值等 Ø 高效的网格划分
	前处理和后处理的技巧讲解 Ø 特殊变量的定义，如散射截面，微腔模式体积等 Ø 如何利用软件的绘图功能绘制不同类型的数据图和动画 Ø 数据和动画导出不同类型求解器的使用场景和方法
COMSOL 软件进阶	COMSOL中RF、波动光学模块仿真基础 Ø COMSOL中求解电磁场的步骤 Ø RF、波动光学模块的应用领域
	RF、波动光学模块内置方程解析推导 Ø 亥姆霍兹方程在COMSOL中的求解形式 Ø RF方程弱形式解析，以及修改方法(模拟特殊本构关系的物质) Ø 深入探索从模拟中获得的结果（如电磁场分布、功率损耗、传输和反射、阻抗和品质因子等）
	边界条件和域条件的使用方法 Ø 完美磁导体和完美电导体的作用和使用场景 Ø 阻抗边界条件、过度边界条件、散射边界条件、周期性边界条件的作用 Ø 求解域条件：完美匹配层的理论基础和使用场景、 PML网格划分标准 Ø 远场域和背景场域的使用 Ø 端口使用场景和方法波束包络物理场的使用详解
	波源设置 Ø 散射边界和端口边界的使用方法和技巧（波失方向和极化方向设置、S参数、反射率和透射率的计算和提取、高阶衍射通道反射投射效率的计算） Ø 频域计算、时域计算 Ø 点源,如电偶极子和磁偶极子的使用方法
	材料设置 Ø 计算模拟中各向同性,各向异性,金属介电和非线性等材料的设置 Ø 二维材料,如石墨烯、MoS2的设置特殊本构关系材料的计算模拟(需要修改内置的弱表达式)
	网格设置 Ø 精确仿真电磁场所需的网格划分标准 Ø 网格的优化案列教学
	COMSOL WITH MATLAB功能简介 Ø COMSOL WITH MATLAB 进行复杂的物理场或者集合模型的建立(如超表面波前的衍射计算) Ø COMSOL WITH MATLAB 进行复杂函数的设置(如石墨烯电导函数的设置和仿真) Ø COMSOL WITH MATLAB 进行高级求解运算和后处理 Ø COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能带

部分案例图示：

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RSoft光电器件设计仿真技术与应用

Rsoft基础入门	1、RSoftCAD 使用方法 1.1 RSoftCAD界面的常规介绍，总体和局部器件参数的设置 1.2 不同2D、3D器件的建立方式 1.3 用户自定义taper形的设置 1.4 用户自定义profile折射率分布的设置 1.5 自定义材料参数的编辑，色散模型的建立 1.6 多边形和其它常规器件的建立 1.7 器件中次层结构的导入，阵列光子晶体的产生等等 1.8 输出图形数据导出及读取 1.9 常规及特殊函数的使用
无源器件系列仿真	2、FullWAVE（FDTD）模块学习 2.1 FullWAVE（FDTD）模块的算法原理，使用原则，应用范围等 2.2 输入场Launch设置的各种设置（包括时间空间设置） 2.3.监测器的设置 2.3.1 各种场，能量等的单值及空间分布监测 2.3.2 以及随波长或频率变化输出 2.3.3 监测不同时间或空间下各种参数的时时分布状态。 2.4 各种特性的测试和输出（包括各种场的输出，监视器参数输出） 2.5 输出参数收敛的计算方法等 3、实例计算： Ø 二维光子晶体光学微腔共振波谱 Ø 品质因子及模态分布计算 Ø 输入输出参数、偶合/特别是overlap的理解及应用 Ø 传播功率、损耗等 Ø 光通过微器件后的透射、反射谱等 Ø scan参数的使用，包括自定义参数设置
光纤波导、微波导、硅光电子器件模拟	4、BeamPROP（BPM）模块学习 4.1 BeamPROP（BPM）算法原理介绍及应用范围 4.2 光源launch的设置（slabmode,fibermode等各种输入源区别及使用） 4.3 pathway路径的设置、各种monitor的区别及使用 4.4 输出参数设置 4.5 模态的计算，两种模态计算方法（iterative, correction）的区别及使用范围 5、实例计算： Ø 单模，多模光纤的模式计算 Ø 弯曲波导中的损耗计算 Ø 广角传输时各种参数设置 Ø 各种半导体光器件，如硅波导偶合器等 Ø Zehnder调制器、SOI光子探测器等进行模拟分析 Ø 其他学员感兴趣相关器件计算分析 Ø scan参数的使用，包括自定义参数设置
多物理场情况下的计算分析	6、Multiphysics 的原理及应用范围 6.1 介绍几种常见的影响光传输物多物理现象（如热光，电光及应力等效应对折射率的影响）实例计算：结合beampro等算法计算，分析在以上几中不同多物理效应下，光传播变化
光体结构仿真与优化	7、LED Utility（LED）模块学习 7.1 图形化光子晶体结构的的画法 7.2 边界条件的设置，包括PML、PEC边界条件 7.3 点光源设置 7.4 监视器（monitor）的设置 7.5 远场近场的输出 7.6 计算收敛研究实例计算：以常见光子晶体2D/3D发光材料为例进行详细讲解。获取Purcell因子，光子萃取效率等参数。