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PICWave  

光子IC電路和雷射二極體/SOA模擬

Photon Design官網 www.photond.com/products/picwave.htm

●集成無源和有源光子IC模擬   ●雷射二極體和SOA物理模型

●光纖布拉格光柵模型         ●集成其他嚴格Maxwell EM求解器

●可調諧雷射二極體模型       ●行波SOAs

●大型環形諧振腔             ●Mach-Zehnder調製器

●電吸收調製器               ●物理2D波導模型

●快速時域引擎               ●簡單方便的電路創建

●時間包絡光譜               ●視覺化介面

什麼是PICWave

PICWave是一個光子電路的模擬軟體,包括雷射二極體和SOAs的物理建模。模擬器可以用來研究大型積體電路中的光子器件,例如可以在很短的時間內以幾MHz的光頻速率類比一個2mm的環形諧振腔。此外,它的雷射器模型能夠很好的用於開發下一代高級可調諧雷射二極體。

功能

●高效光子電路模擬             ●時域行波模型TDTW

●光學回應光譜                 ●瞬態回應

●集成2D波導求解器             ●任意時域信號輸入

●視覺化的圖表                 ●可從其它EM求解器中導入器件模型

●光纖布拉格光柵模型           ●材料資料庫系統

 

有源模式:

●PI和PV曲線                   ●量子化雜訊

●啁啾模擬                     ●RIN光譜

●行波電極模擬                 ●非洛倫茲增益光譜

●非線性增益                   ●集成光柵求解器,用於實折射率光柵和增益光柵

●載流子擴散和立體的空穴燃燒效應

●俄歇效應                     ●熱效應

●導入增益表                   ●電吸收調節模擬

計算方法

PICWave的計算引擎是基於時域行波(TDTW)模型。

結構描述

包括無源器件和有源器件,無源器件包括波導、Y型連接器、定向耦合器、反射鏡;有源器件包括SOA,以及其他電吸收調製器。

波導可以用一個有效折射率來定義,或者可以創建一個外延層的橫斷面,讓程式自己來尋找波導的特性。每個層面可以設定為包含載流子的有源材料,也可以包含沿z軸週期變化的結構,用來定義布拉格反射。

波導模型

套裝程式含一個2D波導求解器,是基於全向量有限差分方法。

光柵模型

    套裝程式含一個“Kappa”計算器,通過耦合模式理論類比任意形狀的光柵結構。支持增益光柵、損耗光柵和實折射率光柵。

電模型

有源部分包括整個物理模型,類比每個層面中的橫向載流子擴散。每個部分由一個或多個電接點,這些接點通過一個組態網路聯接一個驅動節點。電接點包括一個行波模型,用來類比電信號的傳輸,在高速行波調製器中尤為重要。

輸出結果

PICWave是以函數的形式輸出的,是關於時間或者波長、時間包絡光譜、相對位置光功率的函數;用於檢測有源層增益、載流子密度等等。通過資料信號的統計測量得到曲線圖。

FimmPropOmniSim以及其他無源求解器聯合使用

如果使用一個電磁模擬軟體類比Y型連接器,可以通過獨立波長散射矩陣,把它的結果導入到PICWave中。如果使用FimmProp或者OmniSim,也可以把得到的資料導入到PICWave中。

Harold連結使用

Harold是一個量子阱異質結構模型,PICWave可以從Harold導入增益列表、載流子壽命方程等,使得PICWave能夠準確類比量子阱結構。

運行平臺

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

案例:有源2R光學再生器:

PICWave的優勢之一是可以把無源器件和有源器件結合起來。光學再生器包含了一個大型無源光回路和兩個SOAs,光回路總長超過10000um。

右圖所示的是Mach-Zehnder干涉儀,在每個臂上各有一個SOAs。最初一個穩態信號進入到MZI(λ2),然後被分成兩路,最後在右邊組合輸出。當另外一個資料信號(λ1)輸入的時候,就破壞了原有的干涉特性,因此關閉了輸出。也就是說我們可以通過再生信號的開和關,放大原有信號,並把信號波長轉換為另一個波長。

 

模擬一個再生器,使用NRZ偽隨機輸入點陣圖,開關時間比為5:1,上升時間為100ns。下圖所示輸入和輸出信號,可以看出再生信號具有很高的開關時間比,使得輸出產生20倍的放大,同時SOAs也給輸出帶來了很大的雜訊信號。PICWave包含一個噪音源的擴展模型,類比載流子波動、相位雜訊和強度雜訊。

SOA結構:

 

有源模型支援所有的物理結構,包括脊型波導和隱埋異質結構。入射剖面可

以是複合結構,可進行橫向載流子剖面模擬,包括載流子擴散和立體的空穴燃燒效應。其中一個有源層包含一個增益光柵,另外一個則用於飽和吸收。

環形諧振腔濾波器:

PICWave可以輕鬆高效的模擬100um直徑大小的環形諧振腔,計算方法比FDTD更高效。計算一個由三個200um直徑大小的環形諧振腔,波長解析度為50MHz,光譜範圍為50nm,僅僅需要幾分鐘的時間。

可調諧雷射器的動態回應:

PICWave提供器件時域回應的詳細資訊。

下圖所示的是一個採樣光柵DBR(SG-DBR)可調諧雷射器的模擬。

光柵具有不同的採樣週期,因此雷射只能在兩個光柵的反射諧振相同時才能產生。

改變其中一個的折射率(通過增加注入電流)將會導致雷射波長的離散化,進而帶來“游標刻度”式的影響。

光纖布拉格光柵:

PICWave可以模擬任意啁啾和切趾剖面的光柵,同時獲得這些光柵的時功能變數結果和光譜特性。

下圖所示回路是光纖布拉格光柵散射補償器。入射資料信號通過濾波器類比光纖長度強色散,色散信號反射到一個色散補償光柵,最後原始信號被還原。

PICWave模擬結果如上圖所示:光柵的反射率和群延遲光譜,以及散射補償。

多洛倫茲增益模型:

PICWave能夠準確模擬一個SOA或者雷射二極體的增益光譜。下圖綠線所示,不同載流子密度下的增益光譜。PICWave自動生成一個時域模型(藍線),以覆蓋較寬的光譜,這個光譜考慮了溫度影響,也能夠給出其他激勵的增益光譜。

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

 

 


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