光子集成电路（PIC）已在光通信、医疗传感和自动驾驶中广泛应用，使其在某些情况下被视为基础设施，而光子集成电路在未来仍会将加速增长。为了解决越来越多的行业对光子器件设计的持续需求， 德国知名光子学仿真软件公司VPIphotonics发布了新的光子器件设计平台－－VPIdeviceDesigner。

VPIdeviceDesigner为研究人员提供了功能强大的基于面向对象Python接口的易于使用的平台，保持易用性的同时具有出色的设计灵活性，极大地减少了学习成本，支持二维波导截面和三维器件布局设计，支持主流光学材料 （包含色散、温度依赖、掺杂、各向异性等影响）。

图  VPIdeviceDesigner数据可视化和分析

VPIdeviceDesigner提供了一套全矢量有限差分模式求解器，支持广泛可定制的具有对称和完美匹配的层吸收边界的非均匀网格，用于模拟直波导、弯曲波导和光纤中的导模。用有限差分频域光束传播方法（BPM），实现2D和3D光子器件仿真设计，并支持和VPIcomponentMaker? Photonic Circuits 及VPItoolkit PDK ＜fab＞ 插件库的无缝集成。

主要特性

● 提供功能强大的基于python语言的交互式设计界面

● 支持色散，损耗和各向异性光学材料：

已预定义色散和热光学材料库（如空气，硅，二氧化硅，InP， LiNbO3，和标准金属材料）

原生支持Sellmeier和Lorentz－Drude弥散材料模型

任意频率相关折射率或介电常数，损耗和热光学系数

各向异性光学材料（包括回旋双折射和磁光效应）

● 支持灵活波导／光纤／3D器件的布局定义

标准有限面积二维形状： 圆，椭圆，矩形，梯形，多边形和无限面积二维形状：平面、半平面、平面扇形、层（layer）、半层（half－layer）

预定义三维形状：有限体积（长方体，棱镜，圆柱体）和无限（空间，半空间，平板，半平板）

可变宽度的定制弯曲3D波导

交互式可视化3D形状、布局切片和俯视图

● 支持全矢量有限差分光束传播方法，可计算二维和三维光子器件散射矩阵

● 定制化非均匀有限差分网格划分

● 支持全矢量有限差分光模式求解器，可进行包括各向异性和各向同性的直波导和弯曲波导波导及光纤设计仿真

●  自动化参数扫描

● 带导模域的面向对象操作

● 支持输出光子器件各种参数，包括不同模场之间的重叠积分、光耦合效率、有效模面积、组模折射率、模色散等特性

应用示例1–多芯光子晶体光纤

使用VPIdeviceDesigner，您可以对设计的波导和光纤的特性进行任意复杂的分析。内置实用程序允许轻松计算有效模式面积，模式限制因子，有效和组模折射率，衰减，和其他特性。

带六边形空气孔结构的光子晶体光纤模场分布

应用示例2—基于BPM的光子器件设计仿真

2D和3D BPM求解器使光子集成器件的设计仿真成为可能，这些器件的截面可能随传播方向变化，如方向耦合器、MMIs和偏振转换器。

偏振转换器输出模场分布

应用示例3—基于BPM的自由空间光学设计仿真

VPIdeviceDesigne通过计算光束之间的传播、衍射和干涉，建模仿真自由空间传输、光学透镜、衍射光栅和双折射棱镜等。

光束通过光学双折射棱镜传播示例