PICS3D 2026 شبیه سازی لیزرهای نیمه هادی، اپتوالکترونیک و فوتونیک

نرم افزار PICS3D محصول شرکت Crosslight یک شبیه ساز سه بعدی تخصصی TCAD برای طراحی و تحلیل ادوات و لیزرهای نیمه هادی نوری و فوتونیکی است. این نرم افزار به طور ویژه برای مدل سازی لیزرهای نیمه هادی، ادوات موجبر فعال و مدارهای مجتمع فوتونیکی توسعه یافته و معادلات الکتریکی، نوری و حرارتی را در یک محیط شبیه سازی یکپارچه به هم مرتبط می کند. PICS3D در زنجیره طراحی ادوات اپتوالکترونیکی، از بررسی ساختار و مواد تا ارزیابی عملکرد و استخراج پارامترهای مهندسی، کاربرد دارد.

هسته PICS3D امکان شبیه سازی دقیق رفتار الکتریکی، نوری و حرارتی ادوات فوتونیکی را فراهم می کند و مهندس می تواند عملکرد دستگاه را در شرایط مختلف کاری بررسی کند. در این محیط، پارامترهایی مانند جریان تزریقی، دما، ساختار لایه ها، ابعاد ناحیه فعال و مشخصات مواد قابل بررسی و بهینه سازی هستند تا اثر آن ها بر توان خروجی، بهره، ولتاژ، طیف نوری و عملکرد نهایی دستگاه مشخص شود.

در صنعت فوتونیک، PICS3D برای طراحی و بهینه سازی ساختارهایی مانند VCSEL، لیزرهای Edge-Emitting، DFB و DBR، تقویت کننده های نوری نیمه هادی، SLED و موجبرهای فوتودیاب استفاده می شود. مهندس می تواند اثر تغییر ضخامت لایه ها، ترکیب مواد، دوپینگ، ابعاد حفره، ساختار گریتینگ، شرایط تزریق جریان و دمای کاری را بر مشخصات خروجی و رفتار دستگاه بررسی کند.

این نرم افزار برای توسعه محصولات اپتوالکترونیکی و مخابرات نوری، به ویژه در مرحله Device Design و Device Optimization، ارزش بالایی دارد. تحلیل مشخصه های L-I-V، توزیع توان نوری، بهره، میدان و جریان، رفتار حرارتی و پاسخ طیفی کمک می کند قبل از ساخت نمونه فیزیکی، نقاط ضعف طراحی شناسایی و پارامترهای ساختاری و عملکردی دستگاه بهینه شوند. PICS3D همچنین برای تحلیل ساختارهای پیچیده مانند Photonic Crystal VCSEL و High Contrast Grating VCSEL قابلیت های سه بعدی پیشرفته ارائه می دهد.

قابلیت های نرم افزار PICS3D

• شبیه سازی سه بعدی ادوات فوتونیکی | 3D Photonic Device Simulation
  مدل سازی سه بعدی ساختار و عملکرد لیزرها و ادوات موجبر فعال نیمه هادی.
• حل الکتریکی نیمه هادی | Semiconductor Electrical Simulation
  محاسبه توزیع پتانسیل، حامل های بار، جریان و میدان الکتریکی در ساختار دستگاه.
• تحلیل مدهای نوری | Optical Mode Analysis
  محاسبه مدهای انتشار، توزیع میدان نوری و رفتار موج در ساختار فوتونیکی.
• مدل سازی بهره نوری | Optical Gain Modelling
  محاسبه بهره نوری وابسته به ساختارهای Quantum Well، Quantum Wire و Quantum Dot.
• تحلیل لیزرهای DFB و DBR نسل جدید | DFB and DBR Laser Analysis
  شبیه سازی اثر گریتینگ، بازتاب طولی و ساختار حفره بر عملکرد لیزر.
• تحلیل  VCSEL Simulation
  طراحی و ارزیابی عملکرد لیزرهای Vertical-Cavity Surface-Emitting در ساختارهای مختلف.
• تحلیل تقویت کننده نوری | Semiconductor Optical Amplifier Analysis
  بررسی بهره، توزیع توان و عملکرد تقویت کننده های نوری نیمه هادی.
• تحلیل حرارتی دستگاه | Thermal Device Analysis
  بررسی خودگرمایی، توزیع دما و Thermal Roll-Over در شرایط کاری مختلف.
• تحلیل مشخصه های  L-I-V Characteristic Analysis
  استخراج مشخصه توان نوری، جریان و ولتاژ برای ارزیابی عملکرد دستگاه.
• تحلیل طیفی و نویز | Spectral and Noise Analysis
  بررسی طیف خروجی، پهنای خط، RIN و سایر پارامترهای عملکردی ادوات لیزری.

ماژول های مهم نرم افزار PICS3D

🔺 ماژول SimuPics3d
محیط اصلی کار با PICS3D برای مدیریت پروژه، ساخت و ویرایش ورودی های شبیه سازی، تنظیم پارامترهای دستگاه، اجرای شبیه سازی و دسترسی به ابزارهای مختلف نرم افزار است. این ماژول عملاً نقطه شروع پروژه محسوب می شود و کاربر می تواند از داخل آن ساختار دستگاه را ایجاد کرده، تنظیمات شبیه سازی را انجام داده و Solver اصلی را اجرا کند. همچنین ابزارهای مختلف مدل سازی و مشاهده نتایج از همین محیط قابل دسترسی هستند.

🔺 ماژول SimuCenter
یک محیط مدیریتی یکپارچه برای کار با ابزارهای شبیه سازی Crosslight است که ویرایش ورودی ها، ساخت مدل، اجرای شبیه سازی و مشاهده نتایج را در یک گردش کاری واحد قرار می دهد. در پروژه های PICS3D، کاربر می تواند از محیط مربوط به شبیه سازی لیزر استفاده کرده، پارامترهای مدل را تغییر دهد، سناریوهای مختلف را اجرا کند و خروجی ها را بررسی کند. قابلیت Wizard و ابزارهای کمکی نیز فرآیند تنظیم دستورات و پارامترهای پروژه را سریع تر می کنند.

🔺 ماژول LayerBuilder
برای ساخت سریع ساختار لایه ای ادوات فوتونیکی و نیمه هادی استفاده می شود. این ابزار برای دستگاه هایی که ساختارشان از لایه های مشخص و نسبتاً منظم تشکیل شده بسیار کاربردی است و امکان تعریف لایه ها، مواد و ضخامت آن ها را به صورت گرافیکی فراهم می کند. خروجی LayerBuilder برای تولید مدل هندسی و ادامه فرآیند شبیه سازی PICS3D استفاده می شود و برای ساختارهایی مانند لیزرهای نیمه هادی، VCSEL و سایر ادوات لایه ای گزینه مناسبی است.

🔺 ماژول GeoEditor
ابزار طراحی هندسه دستگاه است و زمانی اهمیت پیدا می کند که ساختار مورد نظر با یک مدل ساده لایه ای قابل تعریف نباشد. با GeoEditor می توان هندسه های پیچیده، مرزهای غیرمنظم، نواحی با شکل های متفاوت و ساختارهای دارای جزئیات هندسی را ایجاد یا ویرایش کرد. این ابزار برای طراحی مدل های دو بعدی و سه بعدی دستگاه های فوتونیکی کاربرد دارد و می تواند هندسه ایجادشده توسط LayerBuilder را نیز برای اصلاحات بیشتر دریافت کند.

🔺 ماژول EasySimuPics3d
یک رابط ساده تر برای راه اندازی و کار با محیط PICS3D است که برای اجرای راحت تر پروژه ها و دسترسی سریع تر به ابزارهای اصلی شبیه سازی استفاده می شود. این محیط برای کاربرانی که نمی خواهند تمام مراحل اجرای پروژه را مستقیماً از طریق فایل های ورودی و تنظیمات پیچیده انجام دهند، گردش کار ساده تری ایجاد می کند و فرآیند اجرای نمونه ها و پروژه های شبیه سازی را سریع تر می سازد. این ابزار در مجموعه نصب های جدید PICS3D در کنار SimuPics3d، SimuCenter، LayerBuilder و GeoEditor دیده می شود.

🔺 ماژول CrosslightView
ابزار تخصصی مشاهده و تحلیل گرافیکی نتایج شبیه سازی است. خروجی های PICS3D را می توان به صورت گرافیک رنگی دو بعدی و سه بعدی مشاهده کرد و توزیع پارامترهای مختلف داخل ساختار دستگاه را بررسی نمود. برای مهندس طراحی، این بخش زمانی اهمیت زیادی دارد که بخواهد نقاط داغ، توزیع حامل ها، جریان، توان نوری، میدان ها یا سایر نتایج شبیه سازی را روی هندسه دستگاه بررسی کند. امکان نمایش سه بعدی و انیمیشن نیز برای بررسی رفتار متغیرهای شبیه سازی در شرایط مختلف کاربرد دارد.

کاربردهای تخصصی در صنایع

• تولیدکنندگان لیزرهای نیمه هادی
  طراحی، بهینه سازی و ارزیابی عملکرد لیزرهای Edge-Emitting، DFB، DBR و VCSEL.
• صنعت مخابرات نوری
  طراحی لیزرها، تقویت کننده ها و منابع نوری مورد استفاده در تجهیزات انتقال داده و فیبر نوری.
• تولیدکنندگان تجهیزات اپتوالکترونیکی
  تحلیل و بهینه سازی ادوات نوری مانند EAM، SOA، SLED و Photodetector.
• تولیدکنندگان VCSEL و تجهیزات سنجش نوری
  بهینه سازی ساختار حفره، گریتینگ، ناحیه فعال و مشخصات خروجی VCSEL.
• شرکت های توسعه دهنده مدارهای مجتمع فوتونیکی
  مدل سازی ادوات موجبر فعال و اجزای اپتوالکترونیکی مورد استفاده در Photonic Integrated Circuit.
• صنایع سنجش، LiDAR و 3D Sensing
  تحلیل و بهینه سازی منابع لیزری و VCSEL مورد استفاده در سامانه های سنجش نوری.
• توسعه دهندگان ادوات فوتونیکی نسل جدید
  ارزیابی ساختارهای Photonic Crystal، High Contrast Grating و سایر معماری های پیشرفته.

✅ بیشتر بخوانید: VPIphotonics Design Suite طراحی سامانه‌های مخابرات نوری