Disinn ta 'ċirkwit integrat fotoniku

Disinn tafotonikaċirkwit integrat

Ċirkwiti integrati fotoniċi(PIC) ħafna drabi huma ddisinjati bl-għajnuna ta 'skripts matematiċi minħabba l-importanza tat-tul tal-mogħdija f'interferometri jew applikazzjonijiet oħra li huma sensittivi għat-tul tal-mogħdija.PIChuwa manifatturat billi 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-fotomask, huwa ferm mixtieq 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 sub-wavelength, għalkemm l-interazzjonijiet bejn l-atomi fil-materjal huma ttrattati fuq skala makroskopika. Metodi tipiċi jinkludu d-differenza finita tridimensjonali Time-domain (3D FDTD) u l-espansjoni tal-modalità proprja (EME). Dawn il-metodi huma l-aktar preċiżi, iżda mhumiex prattiċi għall-ħin kollu tas-simulazzjoni tal-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 preċiżjoni u jistgħu jimmaniġġjaw biss propagazzjoni paraxjali u ma jistgħux jintużaw biex jissimulaw reżonaturi, pereżempju. 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 jistgħux jissimulaw rotaturi tal-polarizzazzjoni. Livell ieħor huwa simulazzjoni ta' matriċi ta' trażmissjoni u/jew tifrix. Kull komponent ewlieni huwa mnaqqas għal komponent b'input u output, u l-gwida tal-mewġ konnessa hija mnaqqsa għal element ta 'bidla fil-fażi u attenwazzjoni. Dawn is-simulazzjonijiet huma estremament mgħaġġla. Is-sinjal tal-ħruġ jinkiseb billi timmultiplika l-matriċi tat-trażmissjoni bis-sinjal tad-dħul. Il-matriċi tat-tifrix (li l-elementi tagħha jissejħu S-parametri) timmultiplika s-sinjali ta 'input u output fuq naħa waħda biex issib is-sinjali ta' input u output fuq in-naħa l-oħra tal-komponent. Bażikament, il-matriċi tat-tifrix fiha r-riflessjoni ġewwa l-element. Il-matriċi tat-tifrix hija ġeneralment id-doppju tal-matriċi tat-trasmissjoni f'kull dimensjoni. Fil-qosor, minn 3D EM għal simulazzjoni ta 'matriċi ta' trażmissjoni/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, li tiddependi fuq simulazzjoni elettromanjetika ta 'ċerti elementi u tuża matriċi ta' tifrix/trasferiment biex tissimula l-PIC kollu ma tiggarantixxix disinn kompletament korrett quddiem il-pjanċa tal-fluss. Pereżempju, tulijiet ta 'mogħdijiet ikkalkolati ħażin, gwidi tal-mewġ multimodali li jonqsu milli jrażżnu b'mod effettiv modi ta' ordni għolja, jew żewġ gwidi tal-mewġ li huma qrib wisq ta 'xulxin li jwasslu għal problemi ta' akkoppjar mhux mistennija x'aktarx ma jiġux skoperti waqt is-simulazzjoni. Għalhekk, għalkemm għodod avvanzati ta 'simulazzjoni jipprovdu kapaċitajiet qawwija ta' validazzjoni tad-disinn, xorta waħda teħtieġ grad għoli ta 'viġilanza u spezzjoni bir-reqqa mid-disinjatur, flimkien ma' esperjenza prattika u għarfien tekniku, biex tiġi żgurata l-eżattezza u l-affidabbiltà tad-disinn u jitnaqqas ir-riskju tal- folja tal-fluss.

Teknika msejħa FDTD skarsa tippermetti simulazzjonijiet FDTD 3D u 2D li jsiru direttament fuq disinn PIC komplut biex jivvalida d-disinn. Għalkemm huwa diffiċli għal kwalunkwe għodda ta 'simulazzjoni elettromanjetika li tissimula PIC fuq skala kbira ħafna, l-FDTD skarsa hija kapaċi tissimula żona lokali pjuttost kbira. Fil-3D FDTD tradizzjonali, is-simulazzjoni tibda billi jinizjalizza s-sitt komponenti tal-kamp elettromanjetiku f'volum kwantizzat speċifiku. Hekk kif il-ħin jimxi 'l quddiem, il-komponent tal-qasam il-ġdid fil-volum jiġi kkalkulat, eċċ. Kull pass jeħtieġ ħafna kalkolu, għalhekk jieħu żmien twil. F'FDTD 3D skarsa, minflok ma tiġi kkalkulata 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 tal-ħin, il-punti li jmissu mal-komponenti tal-kamp huma miżjuda, filwaqt li l-komponenti tal-kamp taħt ċertu limitu tal-qawwa jitilgħu. Għal xi strutturi, din il-komputazzjoni tista 'tkun diversi ordnijiet ta' kobor aktar mgħaġġla minn FDTD 3D tradizzjonali. Madankollu, FDTDS skars ma jagħmlux tajjeb meta jittrattaw strutturi dispersivi minħabba li dan il-qasam ta 'żmien jinfirex wisq, li jirriżulta f'listi li huma twal wisq u diffiċli biex jiġu mmaniġġjati. Il-Figura 1 turi screenshot eżempju ta 'simulazzjoni 3D FDTD simili għal splitter tar-raġġ tal-polarizzazzjoni (PBS).

Figura 1: Riżultati ta' simulazzjoni minn FDTD 3D skars. (A) hija dehra ta 'fuq ta' l-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 ta 'hawn taħt juru l-veduta trasversali korrispondenti. (C) Juri screenshot ta 'simulazzjoni bl-użu ta' eċċitazzjoni kważi-TM.


Ħin tal-post: Lulju-23-2024