一改传统设计流程 光学模拟大幅提升产品开发效率
本次东西讲座邀请安硅思（Ansys）代理商茂纶（Macnica）资深应用工程师张绪国亲临现场分享其实务经验。...
异质整合是近年来半导体产业的主流趋势，加上元宇宙时代的来临，其中一个关键的物理元素－光扮演其重要角色，如何与电子系统作有效的协作，必须要先掌握与了解光学元件与光讯号模拟技术的要点。
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本次东西讲座特別邀请安硅思（Ansys）分享其实务经验，并由其代理商茂纶（Macnica）资深应用工程师张绪国亲临现场，助攻电子光学系统开发业者一览光学模拟世界的对策与应用解析。
专注模拟CAE解决方案提供商Ansys，成立距今已超过50年，在各个不同的物理领域方面处于领先地位，无论是车用、航太、石油、工业设备或高科技，Ansys针对多物理提供模拟平台，在平台底下的共用资料库，包括流体、结构、高低频电磁、光学、半导体、软体系统。
而茂纶于1979年创立，并于2010年加入日商MACNICA集团，主要以代理国内外半导体电子零组件在台销售为主，同时也涵盖AI、自动化、物联网解决方案以及软体工程等相关业务。
张绪国指出，面对所有终端销售产品，工程师遇到的前三大产品开发挑战，不外乎包括需要大量的手动工作与不连续的工作流程，并且必须满足许多新颖和差异化的产品要求，也会因为超窄公差而导致产品不够坚固或成本较高，如何在越短的时间内、越低的成本底下，制成更高性能的产品，茂纶提出模拟解决方案。
在传统物理设计流程中，制造原型机是最消耗时间和金钱成本的，而现今有了模拟工作流程技术后，可在制作之前，先透过电脑辅助设计（Computer-aided design；CAD）与电脑辅助工程（Computer-aided Engineering；CAE），进行虚拟模拟实验与反覆的迴圈，设计好的结果才产生实际原型机测试，而凭藉Ansys模拟平台以及客户的回馈，大幅提升了产品开发的效率。
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巨观与微观世界下 光的多种应用解决方案
什么是光？光是如何产生的？张绪国提出了一个对光学电子系统最基本的问题。他表示，根据人类长年观察发现，光会直缐前进、反射、折射，在巨观世界下是作为光缐去传播，但是进入到微观世界，必须回到光的电磁波，用波动的方式来对光进行传递的描述。
针对微观世界以及巨观世界，茂纶提供不同的解决方案与模拟软体，在巨观世界以几何光学光缐追踪（ray tracing）的方式，代表软体包括Ansys的Zemax以及SPEOS，至于微观世界用FDTD方法Ansys的LUMERICAL。
张绪国解释，光缐追踪又分为序列式与非序列式两种，其中非序列式是模拟真实世界光缐的追踪，因为散射、二次反射形成分裂的杂散光，Zemax应用场景包含手机镜头模组、雷射光材料加工、LiDAR系统、车用抬头显示器、光学式脉搏感测器模拟、扩瞳光波导以扩增实境。
SPEOS纯粹以非序列光缐追踪的产品，做光学系统设计软体，强调人眼视觉真实模拟功能，首先将真实世界大型道路环境、移动的车辆和行人的CAD模型画出，再加入光源设定（自然光、人造灯），针对结构去定义材料，像是折射率、散射，最后加入感测器去察看实际影像呈现最终结果。
进入到微观世界，时域有限差分法（FDTD）方法是去做波动光学模拟分析，用于求解麦克斯韦方程式，在时间和空间领域上进行差分化，利用蛙跳式空间领域内的电场和磁场进行交替计算，通过时间领域上更新来模仿电磁场的变化，达到数值计算的目的。
Ansys的LUMERICAL则是针对光子学模拟软体的黄金标准产品，从元件级分析到光子学整合电路和系统设计与模拟，可解决最具挑战性的光子学设计问题。核心应用范围有光通讯、LiDAR、AR/VR、图像感测、量子、显示器、照明、度量衡及缺陷。