光子学
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面向波导和集成光子学的光子仿真
对光在波导、谐振器或耦合器中的实际传播进行全波电磁仿真，使光子集成电路能够按实际制造形态进行评估，而非仅按绘制形态评估。
光子仿真的作用
折射率差将光约束在硅波导中。部分导模位于芯层之外的包层中。这部分尾场决定耦合器的功率传输效率，以及小半径弯曲的泄漏程度。在这些尺寸下，光线模型无法描述光的行为，必须求解电磁场。
每次设计更改若在芯片上测试，就意味着再进行一轮制造。只要模型与实际制造结果匹配，仿真就能把这种扫描分析移出晶圆。侧壁角度、线边缘粗糙度、CD 偏移和拐角圆化都会使实际器件偏离绘制设计的参数。
这对求解器提出了要求：一次运行应返回宽带结果，正确处理色散，并对曲面几何划分网格而不产生阶梯误差。最终应输出电路级工具可用的 S 参数，并足够快地完成灵敏度扫描。XSim Photonics 正是按这一标准构建。
XSim Photonics
面向光子和电磁设计的全波 FDTD，由 Tech-X 开发，现为 Silvaco 产品。同一模型可在笔记本电脑、GPU 集群或 AWS 上运行，因此扩大扫描规模仅需选择合适的硬件。
几何结构
导入 GDS、STEP 和 STL，或在 Composer 3D 几何构建器中创建
求解器
固定或可变网格，共形导体、共形色散介质和电阻性材料
源与边界
输入和输出端口、宽带或单色输入、总场/散射场源、绝热吸收层及相移周期边界
分析
模式求解器、随波长变化的 S 参数、远场和傅里叶变换，以及自定义分析器
工作流程
从设置到分析和可视化均可通过脚本控制
还支持 RF 和天线设计，包括天线阵列。
求解器背后的方法
支持共形色散材料的 FDTD
一次时域运行即可返回整个频谱，因此宽带源可替代波长扫描。共形网格沿弯曲或环形结构的曲线贴合，色散介质则在求解中保留随波长变化的行为。
模式求解
先求解横截面，确定其支持的模式及各模式的有效折射率。将该导模注入 FDTD 仿真后，测得的传输特性便对应于器件本身。
远场与 S 参数提取
随波长变化的 S 参数以电路仿真器可接受的形式给出插入损耗和耦合比。远场变换则展示光离开结构后的行为。
GPU 和云端运行
将一个任务分配到多个 CPU 和 GPU。当灵敏度研究超出单机能力时，可从工作站扩展至超级计算机，或通过 Tech-X CloudCompute 扩展至 AWS。
典型仿真对象
波导
直线、弯曲、锥形和多材料波导，必要时可加入粗糙度。
调制器
模拟光学部分，同时由 Victory Device 求解底层电学器件。
谐振器
微环的自由光谱范围和消光特性取决于数十纳米宽的耦合间隙。
耦合器和分束器
波导、层间及光纤之间的绝热锥形结构与层间过渡。
完整光子集成电路
由各元件的 S 参数构建，因为对整个电路进行 FDTD 求解通常不切实际。
典型仿真对象
自 2025 年 4 月 29 日完成 Tech-X 收购以来，XSim 已成为 Silvaco 的一部分。
其名称、公开用户指南和示例均予以保留。Tech-X 创始人 John Cary 现任 Silvaco 高级总监兼 Fellow。
已发表的光子学工作
实际发表的内容及其作者。两家公司均未公开具名的光子学客户，因此此处内容均不作为客户案例呈现。
FTCO
硅光子学
按实际制造形态仿真光子器件
Silvaco 的 FTCO 流程将晶圆厂的工艺参数输入模型，使您在流片前发现无源器件中由制造引起的损耗。Victory Process 构建制造后的几何结构，Victory Device 对其运行 GPU 加速的 FDTD，Victory DoE 和 Victory Analytics 负责扫描与优化。由现场应用工程师 John Sembower 主讲。
光学仿真延伸阅读
网络研讨会
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太阳能电池、波导和 LED 的光电子仿真
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用您遇到难题的器件进行测试
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提供层叠结构、波长以及表现低于仿真预期的耦合器。Silvaco 应用工程师将与您共同分析。
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XSim 用户指南、参考资料和示例在 txcorp.com 公开提供，无需登录。
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获得授权的 XSim 用户可通过 Tech-X 支持门户提交工单。对于 Silvaco 的其他工具，请从“支持与下载”开始。
工程师关于 XSim Photonics 的常见问题
什么是光子仿真？
它在实际器件几何结构中求解 Maxwell 方程，预测光的传播，而非追踪光线。集成光子结构的尺寸仅为几个波长，这意味着必须计算区域中每一点的场。XSim Photonics 采用全波 FDTD 完成求解，从单一直波导到完整耦合器均可覆盖。
何时应使用 FDTD，何时应使用模式求解器？
模式求解器告诉您波导横截面可承载什么：模式数量、各模式的有效折射率，以及各模式延伸到包层的距离。FDTD 处理沿长度方向发生变化的结构，例如弯曲、锥形结构和耦合间隙。大多数项目先运行模式求解器，再将其模式传递给 FDTD 进行传播分析。
光子仿真如何与 TCAD 器件仿真衔接？
两者紧密关联。Victory Device 的光学方法，包括光线追踪、光束传播、传输矩阵、模式求解和 FDTD，均位于处理电学器件的同一仿真器中。调制器或光电二极管需要在一个模型中同时处理这两类行为，Victory Device 正是它们的结合点。
光子仿真能否在 GPU 或云端运行？
可以。XSim Photonics 可在 Windows、Linux 或 Mac 下运行于 NVIDIA GPU 和 x86 CPU，从单台笔记本电脑扩展到集群，并可通过 Tech-X CloudCompute 使用 AWS。在 Silvaco 的 FTCO 光子学流程中，Victory Device 的 FDTD 同样可在 GPU 上运行。
Tech-X 和 XSim 发生了什么变化？
Silvaco 于 2025 年 4 月收购 Tech-X Corporation，XSim 现已纳入其 AI 驱动制造产品组合。文档、示例、授权和支持门户仍位于 txcorp.com。Tech-X 的等离子体工具 VSim 也随此次收购加入，成为 Silvaco 等离子体系列的一部分。
光子仿真可导入哪些版图格式？
它可读取 GDS、STEP 和 STL。对于集成光子学，GDS 尤其重要，因为版图已采用该格式，Silvaco 的 FTCO 光子学流程也从导入 GDS 开始。如果您希望手动构建几何结构，XSim 提供 Composer 3D 几何构建器。
更多 AI 驱动制造产品
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Victory Process 和 Victory Device，考虑制造影响的光子学流程背后的工具。
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检查波导能否按绘制宽度印制。
光刻
VSim Plasma，同样来自 Tech-X 收购。