Дизајн наФотонскиИнтегрирано коло
Фотонски интегрирани кола(PIC) честопати се дизајнирани со помош на математички скрипти заради важноста на должината на патеката во интерферометрите или другите апликации кои се чувствителни на должината на патеката.Сликасе произведува со потиснување на повеќе слоеви (обично од 10 до 30) на нафта, кои се составени од многу полигонални форми, честопати претставени во форматот GDSII. Пред да ја испратите датотеката до производителот на Photomask, силно е пожелно да може да се симулира сликата за да се потврди исправноста на дизајнот. Симулацијата е поделена на повеќе нивоа: најниско ниво е тродимензионална електромагнетна (ЕМ) симулација, каде симулацијата се изведува на ниво на под-бранова должина, иако интеракциите помеѓу атомите во материјалот се постапуваат на макроскопска скала. Типичните методи вклучуваат тродимензионален временски домен на конечна разлика (3Д FDTD) и експанзија на еигенимод (ЕМЕ). Овие методи се најточни, но се непрактични за целото време за симулација на PIC. Следното ниво е 2,5-димензионална ЕМ симулација, како што е пропагирање на зрак на конечни разлики (FD-BPM). Овие методи се многу побрзи, но жртвуваат одредена точност и можат да се справат само со параксијално размножување и не можат да се користат за симулирање на резонатори, на пример. Следното ниво е симулација 2D EM, како што се 2D FDTD и 2D BPM. Овие се исто така побрзи, но имаат ограничена функционалност, како што не можат да симулираат ротатори за поларизација. Понатамошно ниво е симулацијата на матрицата за пренос и/или расејување. Секоја главна компонента се сведува на компонента со влез и излез, а поврзаниот брановодник се сведува на фазен смена и елемент на слабеење. Овие симулации се исклучително брзи. Излезниот сигнал се добива со множење на матрицата за пренос со влезниот сигнал. Матрицата за распрснување (чии елементи се нарекуваат S-параметри) ги множи влезните и излезните сигнали од едната страна за да ги пронајдат сигналите за влез и излез од другата страна на компонентата. Во основа, матрицата за распрснување го содржи одразот во елементот. Матрицата за расејување обично е двојно поголема од матрицата за пренос во секоја димензија. Накратко, од 3D EM до симулација на матрицата за пренесување/расејување, секој слој на симулација претставува размена помеѓу брзината и точноста, а дизајнерите го избираат вистинското ниво на симулација за нивните специфични потреби за оптимизирање на процесот на валидација на дизајнот.
Како и да е, потпирањето на електромагнетната симулација на одредени елементи и со употреба на матрица за распрснување/трансфер за симулирање на целата слика не гарантира целосно точен дизајн пред плочата за проток. На пример, погрешно пресметаните должини на патеката, мултимодните брановидни води кои не успеваат ефикасно да ги потиснат режимите со висок ред, или две брановидни води, кои се премногу блиску едни до други, што доведуваат до неочекувани проблеми со спојување, веројатно ќе одат неоткриени за време на симулацијата. Затоа, иако напредните алатки за симулација обезбедуваат моќни можности за валидација на дизајнот, сепак бара висок степен на будност и внимателна инспекција од страна на дизајнерот, во комбинација со практично искуство и техничко знаење, за да се обезбеди точност и сигурност на дизајнот и да се намали ризикот од листот за проток.
Техниката наречена Spers FDTD овозможува 3D и 2D FDTD симулации да се изведуваат директно на комплетен дизајн на PIC за да се провери дизајнот. Иако е тешко за секоја електромагнетна алатка за симулација да симулира слика со многу големи размери, редок FDTD е во состојба да симулира прилично голема локална област. Во традиционалното 3D FDTD, симулацијата започнува со иницијализирање на шесте компоненти на електромагнетното поле во специфичен квантитативен волумен. Како што напредува времето, се пресметува новата компонента на полето во јачината на звукот и така натаму. Секој чекор бара многу пресметка, така што трае долго. Во редок 3D FDTD, наместо да пресметате на секој чекор на секоја точка од волуменот, се одржува список на компоненти на полето што може теоретски да одговара на произволно голем волумен и да се пресмета само за тие компоненти. На секој временски чекор, се додаваат точки во непосредна близина на компонентите на полето, додека компонентите на полето под одреден праг на моќност се спуштаат. За некои структури, оваа пресметка може да биде неколку нарачки со големина побрзо од традиционалното 3D FDTD. Како и да е, редок FDTDS не се одвива добро кога се занимава со дисперзивни структури затоа што ова време се шири премногу, што резултира во списоци кои се премногу долги и тешки за управување. На Слика 1 е прикажан пример на скриншот на екранот на симулацијата 3D FDTD слична на сплитер на поларизација на зракот (PBS).
Слика 1: Симулацијата резултира од 3Д редок FDTD. (А) е врвен поглед на структурата што се симулира, што е насочен спојка. (Б) покажува скриншот на симулација со употреба на квази-те побудување. Двата дијаграми погоре го прикажуваат горниот преглед на квази-те и квази-ТМ сигналите, а двата дијаграми подолу го прикажуваат соодветниот преглед на пресек. (В) покажува скриншот на симулација со употреба на квази-ТМ побудување.
Време на објавување: јули-23-2024