Wellenleiter- und Dünnschichtsimulation
- Simulation Richtkoppler
Numerische Methoden und Simulationstechniken spielen auch im Bereich der Optik eine zunehmend wichtigere Rolle. Im Bereich Photonics interressiert uns besonders die Simulation von Komponenten im Bereich der Faser- und integrierten Optik sowie in der optischen Dünnschichttechnik. Für unsere Simulationsaufgaben verwenden wir unterschiedlichste Softwarpakete: von der Ray-Tracing Software ZEMAX über das wellenoptische Beam Propagation Paket OptiBPM bis hin zu den Dünnschichtsimulationsprogrammen TFCalc und FilmStar.
ZEMAX - Ray Tracing
- Zemax
Wenn Optikdesigner von Ray-Tracing Simulationen sprechen, dann meinen Sie zumeist das sequenzielle Ray-Tracing bei dem (wenige) Strahlen durch unterschiedliche Grenzflächen hindurch ''verfolgt'' werden. Zur strahlenoptische Simulation von Wellenleitergeometrien hingegen nutzen wir vornehmlich den ''non sequential mode' von Zemax, der es gestattet, Strahlen durch beliebige Freiformgeometrien zu propagieren und an frei definierbaren Stellen zu detektieren. Um strahlenoptisch brauchbare Aussagen bekommen zu können müssen die verwendeten Strukturen mindestens 10x so gross sein wie die eingesetzte Wellenlänge. Ray Tracing eignet sich daher nur für Multimodesysteme mit Durchmessern von grösser 50µm.
OptiBPM - BeamPropagation
- OptiBPM
Für die Simulation von Singlemode Wellenleitern oder Fasern müssen wellenoptische Phänomene (wie z.B. Beugung und Interferenz) mitberücksichtigt werden. Ein optimales Softwarepaket für die integrierte Optik stellt das BPM System OptiBPM (der Firma OptiWave) dar. Mittels Mode-Solver kann die Energieverteilung im Wellenleiterquerschnitt berechnet werden und mit der Beam Propagation Methode kann diese Feldverteilung dann über das gewünschte Bauteil hinweg propagiert werden. Mit OptiBPM können sowohl 2D wie auch rechenintensive echte 3D Probleme gelöst werden.
TFCalc / FilmStar - Dünnschichtsimulation
- Dünnschichtsimulation
Die Berechnung und Simulation von Reflexions- und Transmissionseigenschaften von Substraten und Dünnschichtsystemen basieren auf auf den Fresnel Gleichungen. Mit Matrixalgorithen kann das spektrale Verhalten für verschiedene Wellenlängen und Einfallswinkel berechnet werden. Auch die zum Spektrum gehörende Farbe im CIE Farbraumdiagramm kann bestimmt werden. Für einfache Simulationen von Antireflex-, Spiegel- oder Filterbeschichtungen eignet sich das Softwarepaket TFCalc. Für komplexere Aufgabenstellungen, Optimierungsaufgaben oder die Analyse bestehender Spektralkurven haben wir die FilmStar Dünnschichtsoftware der Firma FTG im Einsatz.