CrystalWave——光子晶體的設計工具
- 專業的光子晶格編輯器可以編輯大於 100000 的洞
- 改進的快速 2D 和 3D FDTD 引擎，包括色散材料，非線性，各向異性，滲透性的，網格下的
- 頻域傳播引擎，無與倫比的速度
- 用 PWE 方法計算帶寬的圖和布拉格模式
- 命名的可變系統和自動參數掃描儀
- 用層結構輸出到 GDS-II （支持單元）
- 撤消 / 再撤消，用鼠標編輯或用文本輸入控制
- 用 Kallistos 自動優化
- 叢生的版本已經實現
什麼是 CrystalWave?
CrystalWave 已經隨著 2D 晶格和 3D 晶格光子晶體結構設計和模擬的成長發展起來了。 它包括晶格結構輸出編輯器，強大的模擬工具和任務文件生成器。
你可以試著用常用的圖形工具列出光子晶體的迴路。 這樣你會發現它會耗費幾個小時，修改也會用幾個小時。 單單在圖形輸出的時間， CrystalWave 就會節省幾個小時，舉例有 500+ 洞的晶格結構，一條線的缺陷就是四個簡單的操作。 光子晶體的迴路是由一系列在六角形晶格上的洞組成的典 型的結構，在 SOI 或 GaAs/AlGaAs 或其它基底垂直蝕刻。
CrystalWave 讓列出任意外形有洞的結構並不很重要，在六邊形，矩形或其它規則的晶格，給晶格增加單一和線的缺陷，增加單一的不規則外形半徑活其它特點的洞
Layout/Mask 編輯器的特點
- 六邊形，矩形或任意的晶格外形 — 用戶可以給出晶格矢量的方向和晶格間距
- 原子可能是圓形的，橢圓的，矩形的，規則或不規則的多邊形
- 任意外形的原子剖面即圓形的底部，錐形的四壁
- 任意定位單一或線缺陷
- 很容易改變原子群的外形，增加和編輯特殊的原子
- 任意物體的自由旋轉
- 任意原子的公差分析
- 有效的編輯器設計：可以迅速編輯有一萬原子的大結構
- 多樣的晶體 — 即在某一區域晶格矢量為 0 ° 和 60 °，而在另一區域為 5 ° 和 65 °
- 附加的其它特點，在晶格中定義常規的和錐形的波導
- 使用層結構（ GDS-II 單元）輸出到 GDS-II ，可以明顯地減小文件的大小
- 廣泛的多面的蝕刻／再生長系統，非垂直的蝕刻和各向異性的蝕刻
- 多重的撤消／再撤消
- 用表達式和指定的參數定義你的結構
- 簡單生成的設計圖形的自動圖形掃描儀
- 將元件連接，建立更複雜的限制系統
- 手稿系統允許你在自動的狀態建立復雜的標題性的結構
選項
看看下面，關於可以增加到 CrystalWave 選項的細節
FDTD 引擎 ( 選項 )
CrystalWave 框架中包括了高效率的 FDTD （有限差時域）引擎，模擬光線在設計中的傳播。 它是為光子晶體模擬特別編寫，充分利用晶格結構。 這個應用程序比普通目的的 FDTD 功率更有效。
特點
- 快速的優化引擎
- 特殊的技巧，減少內存的使用，可以模擬大的結構
- 色散的材料，包括 Drude, Debye 和 Lorentz 模型的材料
- 各向異性的材料
- 導磁率
- 非線性的
- 支持 2D 和 3D 的模擬，在同一設計中可以完成
- Sub-gridding ，在需要的地方增加，這樣或 4 到 64 倍的加快你的設計
- 大範圍的光源，平面波，高斯光束，偶極子，波導模式，所以可實現的像 CW 或脈衝包線
- 不相干的寬帶的自發發射的模擬
- 鏈接到 FIMMWAVE （強大的完全矢量的求解）
- PM ，材料，磁性的或週期邊界
- 傳播變化場的運行時間監控
後加工處理
通過點擊和拖動傳感器來測量功率流量和場剖面
光譜分析的ＦＦＴ計算
波導模式的重積分
多樣的圖形測量法――淨通量和波長，場和時間，場和所給波導的位置叢（ Clustering ）
FDTD 引擎的叢生版本在 Windows 和 Linux 都可以實現。 見手冊。
右圖：在 3D FDTD 中模擬的ｙ連接器的傳輸光譜（藍線）。 這個裝置是用自動優化設計的（ Kallistos ），優化成高的傳輸效率和大範圍的帶寬。 人工設計的實驗室測量方法產生了具有世界水平的帶寬。 （參考 Uni. St. Andrews, UK ）
右圖：在 PBG 晶格用頻域引擎缺陷模式的模擬。 這個模擬只用了幾秒鐘，對比在 FDTD 用了幾分鐘
頻域引擎（選項）
頻域引擎提供了一個強大的完全矢量的 2D 麥克斯韋求解，是 FDTD 的理想的補充。 使用在 Photon Design 發展的技術，在幾秒鐘內可以模擬在給定波長的結構。 在很高和很低的結構都能很好的工作，而且是全方位的。 應用程序包括快速生產原型，和高共鳴的結構，在 FDTD 中晶格需要很長的模擬時間。 和 Kallistos 結合後，在以前需要幾個月的光子晶體設計只要幾個小時。 圖（上面第三個圖）的光子晶體迴路是在 Kallistos 耦合的幫助下設計完成的。
波帶結構分析器 ( 選項 )
週期晶格的波帶結構分析是對於光子晶體迴路設計分成重要的出發點。 實質上它計算了無限週期結構的結果。 這可能是大量的晶格，也可能是一個線缺陷，當線缺陷是單一模擬的惡，它會告訴你晶格是不透明的，等等。 分析器會計算光子晶體晶格的兩維或三維周期的布拉格模式。 它會自動識別結果的帶隙，評價剖面任一點的布拉格模式。
特點
- PWE （平面波展開），基於頻域最好的計算的引擎
- 2D 和 3D 的模擬模式
- 生成偏振的 TM 和 TM w/k 波帶圖
- 很容易做出 w/k 波帶圖上任意點的布拉格模式圖
- CrystalWave 框架的綜合
- 笛卡爾和非笛卡爾晶胞的簡單的圖形說明
- 支持在 CrystalWave layout 編輯器定義的所有的晶格，矩形的，六邊形的，正方形的，橢圓的，或任意外形的原子
- 理想和損耗的材料
- 計算有效折射率，群折射率和布拉格模式的散射
- 波帶圖的自動掃描儀，即與晶格週期和洞大小相反
- 利用對稱的優化計算速度
KALLISTOS – 自動優化 ( 選項 )
Kallistos 模塊在 CrystalWave 設計組中增加了強大的自動優化功能。 它會節省你幾小時的的設計時間，而且會得到通過手工反複試驗也無法得到的好的設計。 你會很容易的找到你所選擇的 3 或 4 個參數的最合適的位置，或者 10 個或更多。 Photon Design 已經使用了這種具有世界領先效率的光激勵的晶體組件。
這個模塊提供了許多最優化的運算方法，你可以從局部和全局來選擇。 也允許定義你的設計目標（目標方程）在接近或任意的狀態，包括使用多波長的最優化來定位寬波帶的設計。 這種工具包括改進的可見和交互式工具來傳遞很大數目生成的數據，這樣可以確保你作為設計者的洞察力會提高，而不是自動過程來替代。
樹狀圖是 Kallistos 中監測面的一種，用於顯示多維問題的全局最優化進程。 最大的分支對應著潛在的好的設計。 只要點擊這些分支就會看到對 應的設計。
