Spark Photonics与Ansys携手，赋能光子学技术领域领导者和学习者

集成光子器件的尺寸通常以微米为单位，其中1微米等于千分之一毫米。为了让您对此有更直观的了解，这里有一个参考数据：您的指甲平均每月生长3到3.5毫米。因此，从技术上讲，完全有可能在指尖上放置数千个光子器件。

正如您所料，设计人眼看不到的光子器件本身就很复杂。这也正是高水平的专业化和仿真的用武之地。 

使用仿真将其细化至微米

如何成功地设计出微米级的光子器件呢？Spark Photonics给出了答案。该公司凭借自身的设计专业技术和光子集成电路（PIC）设计软件，为客户提供可扩展光子学设计的一站式解决方案。依靠Ansys初创公司计划和Ansys仿真软件的支持，他们不仅可优化设计，而且还能将其作为培训技能型专业人员的基础，以支持未来创新。

Spark Photonics首席执行官Kevin McComber指出：“我们为客户提供端到端的PIC设计和版图，从最基本的组件开始，这正是Ansys的用武之地。我们依靠仿真来迭代和开发新组件，然后将这些组件一直推进到版图阶段，在该阶段，电路被简化为蓝图，并发送到代工厂进行制造。此外，Ansys Lumerical还可以与我们的版图软件无缝协作，因此，这是一个出色的端到端设计流程。”

McComber表示，目前正积极推动集成光子学向其它领域扩展，并围绕该技术开发新的应用，这对于企业来说非常有益。然而，在微米级生产任何产品所涉及的固有复杂性，使得在没有合适软件的情况下实现增长变得非常困难。

Spark Photonics光子学设计工程师表示：“我们正在创建潜在的数千个组件，其外形尺寸无法通过我们的眼睛进行验证。我们设计的这些组件，除了要执行的特定任务外，还必须在不同的光波长下工作。仿真可帮助我们可视化和创建这些结构，然后在软件内部创建信号，以在组件规模上仿真器件性能。”

Spark Photonics的工作非常严格，需要使用大量的Ansys工具和求解器来加速设计迭代。在此基础上，该团队采用在特定的光波长或频率下工作的最终组件，并根据特定情况对其进行调整，以满足客户需求。虽然将以一种频率工作的组件传输到另一种频率工作的流程看似简单，但实际上这是一个涉及到许多设计考虑因素的迭代优化流程。

如果没有仿真和Ansys初创公司计划的支持，所有这些物理原型的测试和迭代都会成本高昂。Ansys初创公司计划以合理的价格提供定制的仿真软件，使Spark Photonics等早期到中期的初创公司能够获得解决复杂工程挑战所需的工具和求解器。

例如，Spark Photonics的工作流程与Ansys Lumerical Multiphysics光子学组件仿真软件密切相关。通过访问Lumerical Multiphysics，团队能够在计算机上快速完成尽可能多的迭代，以便在确定最终设计之前优化其设计。

另一方面，PIC设计的物理原型制作成本高昂。根据应用的不同，某些芯片中每个芯片的制造成本可能高达数千美元。Lumerical Multiphysics使团队能够以虚拟方式优化和测试其设计，从而显著减少最终验证和确认所需的物理原型数量。 

AIM助力光子学开发首次即可成功

Spark Photonics服务模式的另一个方面是其工艺设计套件（PDK）开发服务。PDK是一套完整的文档和技术文件，可帮助设计人员进行设计并投入生产。本质上，PDK使设计人员能够使用给定的代工厂技术。 

McComber说道：“Spark的AIM Photonics组件库主要是使用Ansys软件开发的，并将继续使用该软件进行开发。在该库中，我们已包含分光器、耦合器和波导等重要器件。用户可以使用那些已经设计完善的组件，在大多数情况下，这些组件已经过制造和测试，然后将其整合到更大型的设计中。因此，他们无需尝试自行设计所有组件，而只需使用波导将组件连接在一起，了解电路的工作原理，并继续进行布局和制造。”

仿真培养Sparks的专业人才

与Ansys建立合作关系，有助于McComber在不超出预算的情况下解决复杂的设计挑战。不过，这能帮助他建立一支接受过光子学专门培训的合格的专业技术人员队伍吗？教育和仿真是这项工作的关键。

正是对行业人才的迫切需求促使McComber创办了一家独立的公司——Spark Photonics Foundation。这家501(c)(3)非营利组织获得了美国政府的资助，其通过名为SparkAlpha的基于项目的学习计划，利用半导体和光子技术向K-12年级和大学生传授STEM和先进制造领域的概念。在Ansys的支持下，Spark Photonics推广了这一计划，惠及马萨诸塞州500多名学生。

McComber补充道：“该基金会已收到来自Ansys的企业捐赠资金，用于扩展SparkAlpha计划，其中一部分将用于培训教师，以便运行我们的计划。”

SparkAlpha计划使学生接触到集成光子学的应用，包括化学传感和机器视觉。该计划还包括前往当地大学和半导体供应链企业的实地考察和虚拟访问。最后，还有一场类似“创智赢家（Shark Tank）”的学生竞赛，学生在竞赛中可以分享并评估他们的最佳创意。此外，该基金会还推出了SparkBeta，这是一项教授学生Python编码以及如何使用Python来设计光子芯片的计划。

Ansys助力激励新一代光子学专家

仿真在基金会的工作中扮演什么角色呢？通过在近期将Ansys仿真引入课堂，SparkAlpha和SparkBeta计划希望为学生提供更多的洞察信息和技能，以便他们在工作中能够充分利用这些资源。

Spark Photonics Foundation教育推广计划总监Robert Vigneau表示：“我们从与潜在合作院校的讨论中汲取的经验之一是，如今人们对制造业工作仍存在误解。我认为仿真能够拓展学生对制造的理解。通过使用Ansys仿真，他们获得了全新的视角。在仿真环境中，他们可以对产品进行虚拟建模和测试，突出显示先进制造设施中的产品生产流程。”

进一步了解有关Ansys初创公司计划的更多详情。