نرم‌افزارهای Lumerical یکی از قدرتمندترین و پیشرفته‌ترین پلتفرم‌های شبیه‌سازی و طراحی در حوزه اپتیک، فوتونیک و نانو‌فناوری نوری است که توسط شرکت Ansys توسعه داده شده است. این نرم‌افزار به‌طور گسترده توسط پژوهشگران، مهندسان و طراحان صنعتی برای تحلیل دقیق رفتار نور در ساختارهای پیچیده، به‌ویژه در مقیاس نانو، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع مجموعه‌ای از ابزارهای شبیه‌سازی پیشرفته را در خود جای داده که امکان تحلیل همه‌جانبه از ساختارهای نوری و فوتونیکی را با روش‌های عددی دقیق فراهم می‌کند. تمرکز این نرم‌افزار بر دینامیک نور، طراحی مدارهای فوتونیکی مجتمع (PIC) و همچنین بررسی خواص نوری مواد و ساختارها در بازه فرکانسی گسترده‌ای است.
مهم‌ترین ماژول‌ها و ابزارهای Lumerical
1 – FDTD (Finite-Difference Time-Domain)
این ماژول پرچم‌دار Lumerical است که امکان شبیه‌سازی دقیق الکترومغناطیسی در ساختارهای پیچیده نوری سه‌بعدی را فراهم می‌کند. از این ابزار برای تحلیل:
- تشدیدگرها
- موجبرها
- نانوآنتن‌ها
- ساختارهای پلاسمونیکی و متامتریال‌ها
2 – MODE (Eigenmode Solver)
برای محاسبه مودهای هدایت‌شده در موجبرهای نوری استفاده می‌شود. این ابزار برای طراحی قطعات مجتمع اپتیکی مانند:
Splitterها و Coupler ها و مدولاتورها کاربرد دارد.
3 – INTERCONNECT
ابزاری برای طراحی و شبیه‌سازی سیستم‌های فوتونیکی در سطح مدار. با استفاده از کتابخانه‌ای از بلوک‌های نوری (لیزر، آشکارساز، فیلتر و…) امکان ساخت مدارهای پیچیده PIC فراهم است. این ابزار برای شبیه‌سازی زمانی و مداری سیستم‌های فوتونیکی بسیار کلیدی است.
4 – DEVICE (CHARGE + HEAT + MQW)
این ابزار برای تحلیل اثرات الکترونی، حرارتی و نیمه‌رسانا در ساختارهای اپتوالکترونیکی مانند:
- لیزرهای نیمه‌رسانا
- آشکارسازهای نوری
- LEDها
مناسب است و امکان شبیه‌سازی ساختارهای Quantum Well و Carrier Transport را نیز فراهم می‌کند.
مهم‌ترین کاربردهای Lumerical
- فوتونیک سیلیکونی (Silicon Photonics)
Lumerical یکی از مهم‌ترین ابزارها در طراحی تراشه‌های فوتونیکی است. امکان همکاری با نرم‌افزارهایی مانند Ansys HFSS و Zemax نیز وجود دارد.
- نانو‌فوتونیک و پلاسمونیک
شبیه‌سازی دقیق رفتار میدان الکترومغناطیسی در ساختارهای نانو‌مقیاس (نانو‌سیم، نانو‌حفره، نانو‌آنتن) با هدف طراحی سنسورها و دستگاه‌های اپتیکی حساس.
- تحلیل ادوات نوری مجتمع
مدلسازی و بررسی عملکرد مدولاتورها، آشکارسازها، فیلترهای نوری، و عناصر فعال و غیرفعال در یک سیستم فوتونیکی.
- تحقیقات آکادمیک
در پروژه‌های پژوهشی و پایان‌نامه‌های پیشرفته، Lumerical ابزاری بسیار معتبر برای تحلیل و طراحی ادوات نوین در حوزه فوتونیک و اپتوالکترونیک است.
مزایای کلیدی Lumerical
- دقت بالای شبیه‌سازی مبتنی بر روش‌های عددی پیشرفته
- پشتیبانی از طراحی پارامتریک و بهینه‌سازی خودکار
- سازگاری کامل با سایر ابزارهای شبیه‌سازی Ansys
- محیط کاربری منعطف همراه با زبان اسکریپت‌نویسی اختصاصی (Lumerical Script)
- پشتیبانی از شبیه‌سازی‌های کوانتومی و نیمه‌رسانا
