Dizajn odfotonskiIntegrirani krug
Fotonički integrirani krugovi(PIC) su često dizajnirani uz pomoć matematičkih skripti zbog važnosti dužine puta u interferometrima ili drugim aplikacijama koje su osjetljive na dužinu staze.PicProizvodi se poplitajućim više slojeva (obično 10 do 30) na vaflu, koji su sastavljeni od mnogih poligonalnih oblika, često predstavljenih u GDII formatu. Prije slanja datoteke proizvođaču fotomaska, snažno je poželjno biti u stanju simulirati sliku da provjeri ispravnost dizajna. Simulacija je podijeljena na više nivoa: najniža razina je trodimenzionalna simulacija elektromagnetskih (em), gdje se simulacija vrši na nivou sub-talasne dužine, iako se interakcije između atoma u materijalu rješavaju u makroskopskoj skali. Tipične metode uključuju trodimenzionalnu vremensko-domenu konačnih razlika (3D FDTD) i EIGENMODE (EME). Ove su metode najtačnije, ali su nepraktične za cijelo vrijeme simulacije PIC-a. Sljedeći nivo je 2,5-dimenzionalna simulacija EM, poput širenja raširenog značaja (FD-BPM). Ove su metode mnogo brže, ali žrtvuju neko tačnost i mogu se nositi samo paraksijalno širenje i ne mogu se koristiti za simulaciju rezonatora, na primjer. Sljedeći nivo je 2D EM simulacija, kao što su 2D FDTD i 2D BPM. To su i brže, ali imaju ograničenu funkcionalnost, poput ne mogu simulirati rotatore polarizacije. Daljnji nivo je mjenjač i / ili matrična matrična simulacija. Svaka velika komponenta svodi se na komponentu s ulaznim i izlazom, a povezani valovodi se smanjuje na fazni element pomeranja i prigušivanja. Ove simulacije su izuzetno brzo. Izlazni signal dobiva se množenjem matrice mjenjača pomoću ulaznog signala. Matrica rasipanja (čiji se elementi nazivaju S-Parametri) umnožava ulazne i izlazne signale na jednu stranu kako bi pronašli ulazne i izlazne signale s druge strane komponente. U osnovi, matrica rasipanja sadrži odraz u elementu. Raspršina matrica obično je dvostruko veća od matrice prijenosa u svakoj dimenziji. Ukratko, od 3D-a do simulacije matrice / rasipanja matrice, svaki sloj simulacije prikazuje kompromitet između brzine i tačnosti, a dizajneri biraju pravi nivo simulacije za njihovu specifičnu potrebu za optimizacijom procesa provjere dizajna.
Međutim, oslanjajući se na elektromagnetsku simulaciju određenih elemenata i pomoću matrice rasipanja / prenosa za simulaciju cijele slike ne garantuje potpuno ispravan dizajn ispred ploče protoka. Na primjer, pogrešnim duljinama staze, multimodni valovodi koji ne učite efikasno suzbijaju redoslijed visokog reda, ili dva talasna tijela koja su preblizu međusobno do kojem će tijekom simulacije biti neočekivane do neočekivanih problema sa neočekivanim spojnim problemima. Stoga, iako napredni alati za simulaciju pružaju moćne mogućnosti za provjeru dizajna, još uvijek zahtijeva visok stupanj budnosti i pažljive inspekcije od strane dizajnera, u kombinaciji sa praktičnim iskustvom i tehničkim znanjem, kako bi se osigurala tačnost i pouzdanost dizajna i smanjenje rizika od lista protoka.
Tehnika nazvana Sparse FDTD omogućava da se 3D i 2D FDTD simulacije izvode izravno na kompletnom PIC dizajnu za potvrdu dizajna. Iako je teško bilo koji alat za elektromagnetsku simulaciju da simulira vrlo veliku sliku, rijetka FDTD može simulirati prilično veliku lokalnu površinu. U tradicionalnom 3D FDTD-u, simulacija započinje inicijalizacijom šest komponenti elektromagnetskog polja unutar određenog kvantiziranog volumena. Kako vrijeme napreduje, izračunava se nova komponenta polja u količini i tako dalje. Svaki korak zahtijeva puno izračuna, pa je potrebno dugo vremena. U rijetkim 3D FDTD-u, umjesto da se izračunava na svakom koraku na svakoj tački jačine, održava se popis polja komponenti koje može teoretski odgovarati proizvoljno velikom količini i izračunati samo za te komponente. U svakom koraku dodaju se tačke uz polje komponente, dok se poljske komponente ispod određenog praga snage pale. Za neke strukture, ovo izračunavanje može biti nekoliko reda veličine brže od tradicionalnog 3D FDTD-a. Međutim, rijetki FDTDS ne rade dobro kada se bave disperzivnim strukturama, jer se ovaj vremenski polje previše širi, što rezultira popisima koje su predugo i teško upravljati. Na slici 1 prikazan je primjer snimka zaslona 3D FDTD simulacije slična razdjelniku snopa polarizacije (PBS).
Slika 1: Simulacija rezultira 3D Sparse FDTD. (A) je vrhunski pogled na strukturu koja se simulira, koja je spojnica. (B) prikazuje snimku zaslona simulacije pomoću kvazi-te uzbuđenja. Dva dijagrama iznad prikazuju pogled na vrhunske znakove kvazi i kvazi-TM-a, a dva dijagrama ispod prikazuju odgovarajući pogled presjeka. (C) prikazuje snimku zaslona simulacije pomoću kvazi-TM pobuda.
Vrijeme objavljivanja: jul-23-2024