Disinn ta 'fotonikuċirkwit integrat
Ċirkwiti integrati fotoniċi(PIC) ħafna drabi huma ddisinjati bl-għajnuna ta 'skripts matematiċi minħabba l-importanza tat-tul tal-passaġġ fl-interferometri jew applikazzjonijiet oħra li huma sensittivi għat-tul tal-passaġġ.Pichuwa mmanifatturat billi jitbattal saffi multipli (tipikament 10 sa 30) fuq wejfer, li huma komposti minn ħafna forom poligonali, ħafna drabi rappreżentati fil-format GDSII. Qabel ma tibgħat il-fajl lill-manifattur tal-Photomask, huwa mixtieq ħafna li tkun tista 'tissimula l-PIC biex tivverifika l-korrettezza tad-disinn. Is-simulazzjoni hija maqsuma f'livelli multipli: l-iktar livell baxx huwa s-simulazzjoni elettromanjetika tridimensjonali (EM), fejn is-simulazzjoni titwettaq fil-livell ta 'sub-mewġ, għalkemm l-interazzjonijiet bejn l-atomi fil-materjal huma mmaniġġjati fuq l-iskala makroskopika. Metodi tipiċi jinkludu d-dominju tal-ħin tridimensjonali b'differenza finita (3D FDTD) u l-espansjoni tal-EigenMode (EME). Dawn il-metodi huma l-iktar preċiżi, iżda mhumiex prattiku għall-ħin kollu ta 'simulazzjoni ta' pic. Il-livell li jmiss huwa simulazzjoni EM 2.5-dimensjonali, bħal propagazzjoni tar-raġġ b'differenza finita (FD-BPM). Dawn il-metodi huma ħafna aktar mgħaġġla, iżda jissagrifikaw xi eżattezza u jistgħu jimmaniġġjaw biss il-propagazzjoni paraxjali u ma jistgħux jintużaw biex jissimulaw reżonaturi, eż. Il-livell li jmiss huwa simulazzjoni 2D EM, bħal 2D FDTD u 2D BPM. Dawn huma wkoll aktar mgħaġġla, iżda għandhom funzjonalità limitata, bħal ma jistgħu jissimulaw rotaturi tal-polarizzazzjoni. Livell ieħor huwa t-trasmissjoni u / jew is-simulazzjoni tal-matriċi tat-tifrix. Kull komponent ewlieni huwa mnaqqas għal komponent b'input u output, u l-waveguide konness huwa mnaqqas għal bidla ta 'fażi u element ta' attenwazzjoni. Dawn is-simulazzjonijiet huma estremament veloċi. Is-sinjal tal-ħruġ jinkiseb billi timmultiplika l-matriċi tat-trasmissjoni bis-sinjal tal-input. Il-matriċi tat-tifrix (li l-elementi tagħhom jissejħu S-Parametri) jimmultiplika s-sinjali tal-input u l-ħruġ fuq naħa waħda biex isibu s-sinjali tal-input u tal-ħruġ fuq in-naħa l-oħra tal-komponent. Bażikament, il-matriċi tat-tifrix fiha r-riflessjoni ġewwa l-element. Il-matriċi tat-tifrix ġeneralment tkun darbtejn daqs il-matriċi tat-trasmissjoni f'kull dimensjoni. Fil-qosor, minn 3D EM għal simulazzjoni ta 'matriċi ta' trasmissjoni / tifrix, kull saff ta 'simulazzjoni jippreżenta kompromess bejn il-veloċità u l-eżattezza, u d-disinjaturi jagħżlu l-livell it-tajjeb ta' simulazzjoni għall-bżonnijiet speċifiċi tagħhom biex jottimizzaw il-proċess ta 'validazzjoni tad-disinn.
Madankollu, billi sserraħ fuq simulazzjoni elettromanjetika ta 'ċerti elementi u l-użu ta' matriċi ta 'tifrix / trasferiment biex tissimula l-PIC kollu ma tiggarantixxix disinn kompletament korrett quddiem il-pjanċa tal-fluss. Pereżempju, tulijiet ta 'passaġġ ikkalkulat ħażin, gwidi tal-mewġ multimode li jonqsu b'mod effettiv modi ta' ordni għolja, jew żewġ gwidi tal-mewġ li huma viċin wisq ta 'xulxin li jwasslu għal problemi ta' akkoppjar mhux mistennija x'aktarx ma jinstabux waqt is-simulazzjoni. Għalhekk, għalkemm għodod ta 'simulazzjoni avvanzati jipprovdu kapaċitajiet qawwija ta' validazzjoni tad-disinn, xorta teħtieġ grad għoli ta 'viġilanza u spezzjoni bir-reqqa mid-disinjatur, flimkien ma' esperjenza prattika u għarfien tekniku, biex tiżgura l-eżattezza u l-affidabbiltà tad-disinn u tnaqqas ir-riskju tal-folja tal-fluss.
Teknika msejħa FDTD sparse tippermetti li s-simulazzjonijiet 3D u 2D FDTD jitwettqu direttament fuq disinn ta 'pic komplet biex jivvalidaw id-disinn. Għalkemm huwa diffiċli għal kwalunkwe għodda ta 'simulazzjoni elettromanjetika biex tissimula pic fuq skala kbira ħafna, l-FDTD skars huwa kapaċi jissimula żona lokali pjuttost kbira. Fl-3D FDTD tradizzjonali, is-simulazzjoni tibda billi tinizjalizza s-sitt komponenti tal-kamp elettromanjetiku f'volum kwantifikat speċifiku. Hekk kif jimxi l-ħin, il-komponent il-ġdid tal-kamp fil-volum huwa kkalkulat, u l-bqija. Kull pass jirrikjedi ħafna kalkolu, u għalhekk jieħu ħafna żmien. Fl-FDTD 3D skars, minflok ma tikkalkula f'kull pass f'kull punt tal-volum, tinżamm lista ta 'komponenti tal-kamp li teoretikament tista' tikkorrispondi għal volum arbitrarjament kbir u tiġi kkalkulata biss għal dawk il-komponenti. F’kull pass ta ’ħin, huma miżjuda punti li jmissu mal-komponenti tal-post, filwaqt li l-komponenti tal-kamp taħt ċertu limitu tal-qawwa jitwaqqgħu. Għal xi strutturi, din il-komputazzjoni tista 'tkun diversi ordnijiet ta' kobor aktar malajr mill-FDTD 3D tradizzjonali. Madankollu, l-FDTDs skarsa ma jmorrux tajjeb meta jittrattaw strutturi dispersivi minħabba li dan il-ħin jinfirex wisq, li jirriżulta f'listi li huma twal wisq u diffiċli biex jiġu amministrati. Il-Figura 1 turi eżempju ta 'screenshot ta' simulazzjoni 3D FDTD simili għal splitter ta 'raġġ ta' polarizzazzjoni (PBS).
Figura 1: Riżultati ta 'simulazzjoni minn FDTD skars 3D. (A) hija veduta ta 'fuq tal-istruttura li qed tiġi simulata, li hija coupler direzzjonali. (B) Juri screenshot ta 'simulazzjoni bl-użu ta' eċċitazzjoni kważi-TE. Iż-żewġ dijagrammi ta 'hawn fuq juru l-veduta ta' fuq tas-sinjali kważi-TE u kważi-TM, u ż-żewġ dijagrammi hawn taħt juru l-veduta ta 'sezzjoni trasversali korrispondenti. (C) turi screenshot ta 'simulazzjoni bl-użu ta' eċċitazzjoni kważi-TM.
Ħin ta 'wara: Jul-23-2024