Ansys Lumerical 提供了強大的多物理場仿真平臺,可用于量子級聯(lián)激光器(QCL)的設計與仿真。其工具支持從器件結構到系統(tǒng)級的建模,涵蓋光學、電學、熱學及量子效應分析,適用于復雜半導體激光器的研發(fā)與優(yōu)化。
原理概述
量子級聯(lián)激光器是一種基于多量子阱結構的半導體激光器,通過電子在多個量子阱中的級聯(lián)躍遷實現(xiàn)中紅外或遠紅外光的產(chǎn)生。其工作原理涉及量子力學、電子能帶結構、載流子注入與復合、以及光學增益過程。Lumerical 的多量子阱(MQW)求解器可用于電子能帶結構計算與增益分析。
仿真流程
幾何與材料定義: 使用現(xiàn)代化 CAD 工具建立 QCL 的多量子阱結構,定義各層材料參數(shù)。
物理模型配置: 配置電子、光學、熱學等多物理場耦合模型,采用自洽的電荷與量子阱模擬方法,分析載流子分布、能帶結構與增益特性。
網(wǎng)格生成與求解: 利用 GPU 加速技術進行大規(guī)模系統(tǒng)仿真,提高計算效率與精度。
結果分析與后處理: 通過多種監(jiān)視器和腳本接口,自動化提取仿真結果,如增益譜、輸出功率、溫度分布等,并可與 optiSLang 等工具集成進行參數(shù)優(yōu)化與敏感性分析。
主要應用
中紅外/遠紅外光源: QCL 廣泛應用于氣體傳感、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、紅外成像等領域。
光通信與安全: 適用于高速光通信、光譜分析及安全檢測等。
主要特性
多物理場耦合: 支持光、電、熱及量子效應的綜合仿真,適用于復雜激光器結構分析。 [6]
自洽模擬與優(yōu)化: MQW 與 CHARGE 求解器實現(xiàn)自洽模擬,結合 optiSLang 可進行參數(shù)優(yōu)化與敏感性分析。
自動化與腳本接口: 支持 Python/PyLumerical 與 Lumerical 腳本語言,實現(xiàn)高效批量仿真與后處理。
GPU加速與云計算: 提供 GPU 加速和云端計算資源,適合大規(guī)模設計與快速迭代。
結果后處理
多維數(shù)據(jù)分析: 可自動化提取增益譜、輸出功率、溫度分布等關鍵性能指標,支持復雜數(shù)據(jù)可視化與導出。
腳本與API集成: 通過腳本和API實現(xiàn)自定義后處理流程,支持與第三方工具的數(shù)據(jù)交互與進一步分析。
參數(shù)優(yōu)化與敏感性分析: 與 optiSLang 集成,可進行自動化參數(shù)優(yōu)化、設計空間探索與敏感性分析,提升設計效率與可靠性。
補充說明
集成與擴展: Lumerical 支持與其他 Ansys 產(chǎn)品(如 SPEOS、Mechanical 等)集成,適用于多場耦合與系統(tǒng)級仿真。
Ansys Lumerical 量子級聯(lián)激光器設計與仿真,核心供應商推薦:上海佳研
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l一:是Synopsys全系列軟件以及Ansys(屬Synopsys旗下)全系列CAE仿真軟件、臺灣Moldex3D模流仿真軟件、PTC軟件、RedEDA系列軟件的代理商,為電子信息領域的研發(fā)企業(yè)和生產(chǎn)提供EDA&CAE解決方案。
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