ProiectareaFotonicCircuit integrat
Circuite integrate fotonice(PIC) sunt deseori proiectate cu ajutorul scripturilor matematice din cauza importanței lungimii căii în interferometre sau a altor aplicații sensibile la lungimea căii.Piceste fabricat prin modelarea mai multor straturi (de obicei 10 până la 30) pe o placă, care sunt compuse din multe forme poligonale, adesea reprezentate în formatul GDSII. Înainte de a trimite fișierul către producătorul de fotomask, este de dorit să se poată simula PIC pentru a verifica corectitudinea designului. Simularea este împărțită în mai multe niveluri: cel mai scăzut nivel este simularea electromagnetică tridimensională (EM), unde simularea este efectuată la nivelul de sub-lungime de undă, deși interacțiunile dintre atomii din material sunt manipulate la scara macroscopică. Metodele tipice includ domeniul de timp tridimensional de diferență finită (3D FDTD) și expansiunea Eigenmode (EME). Aceste metode sunt cele mai exacte, dar nu sunt practic pentru întregul timp de simulare PIC. Următorul nivel este simularea EM de 2,5 dimensiuni, cum ar fi propagarea fasciculului de diferență finită (FD-BPM). Aceste metode sunt mult mai rapide, dar sacrifică o anumită precizie și pot gestiona doar propagarea paraxială și nu pot fi utilizate pentru a simula rezonatori, de exemplu. Următorul nivel este simularea 2D EM, cum ar fi 2D FDTD și 2D BPM. Acestea sunt, de asemenea, mai rapide, dar au o funcționalitate limitată, cum ar fi acestea nu pot simula rotatoarele de polarizare. Un alt nivel este simularea matricei de transmisie și/sau de împrăștiere. Fiecare componentă majoră este redusă la o componentă cu intrare și ieșire, iar ghidul de undă conectat este redus la o deplasare de fază și la un element de atenuare. Aceste simulări sunt extrem de rapide. Semnalul de ieșire este obținut prin înmulțirea matricei de transmisie cu semnalul de intrare. Matricea de împrăștiere (ale cărei elemente se numesc S-parametre) înmulțește semnalele de intrare și ieșire pe o parte pentru a găsi semnalele de intrare și ieșire pe cealaltă parte a componentei. Practic, matricea de împrăștiere conține reflectarea în interiorul elementului. Matricea de împrăștiere este de obicei de două ori mai mare decât matricea de transmisie în fiecare dimensiune. În rezumat, de la 3D EM până la simularea matricei de transmisie/împrăștiere, fiecare strat de simulare prezintă o compensare între viteză și precizie, iar proiectanții aleg nivelul potrivit de simulare pentru nevoile lor specifice pentru a optimiza procesul de validare a proiectării.
Cu toate acestea, bazându -se pe simularea electromagnetică a anumitor elemente și utilizarea unei matrice de împrăștiere/transfer pentru a simula întregul PIC nu garantează un design complet corect în fața plăcii de curgere. De exemplu, lungimile căii greșite, ghidurile de undă multimode care nu reușesc să suprime eficient modurile de înaltă ordine, sau două ghiduri de undă care sunt prea apropiate unele de altele, ceea ce duce la probleme de cuplare neașteptate sunt probabil nedetectate în timpul simulării. Prin urmare, deși instrumentele avansate de simulare oferă capacități puternice de validare a proiectării, aceasta necesită totuși un grad ridicat de vigilență și o inspecție atentă de către proiectant, combinate cu experiență practică și cunoștințe tehnice, pentru a asigura exactitatea și fiabilitatea proiectării și reduce riscul foii de flux.
O tehnică numită SPARSE FDTD permite efectuarea simulărilor FDTD 3D și 2D să fie efectuate direct pe un design PIC complet pentru a valida designul. Deși este dificil pentru orice instrument de simulare electromagnetică să simuleze o imagine la scară foarte mare, FDTD rar este capabil să simuleze o zonă locală destul de mare. În FDTD 3D tradițional, simularea începe prin inițializarea celor șase componente ale câmpului electromagnetic într -un volum cuantificat specific. Pe măsură ce timpul progresează, noua componentă de câmp din volum este calculată și așa mai departe. Fiecare pas necesită mult calcul, deci durează mult timp. În FDTD 3D rar, în loc să se calculeze la fiecare etapă la fiecare punct al volumului, se menține o listă de componente de câmp care, teoretic, să corespundă unui volum arbitrar mare și să fie calculată numai pentru aceste componente. La fiecare pas, se adaugă puncte adiacente componentelor de câmp, în timp ce componentele de câmp sub un anumit prag de putere sunt abandonate. Pentru unele structuri, acest calcul poate fi mai multe ordine de mărime mai rapid decât FDTD 3D tradițional. Cu toate acestea, FDTD -urile rare nu funcționează bine atunci când se ocupă de structuri dispersive, deoarece acest câmp de timp se răspândește prea mult, rezultând liste care sunt prea lungi și dificil de gestionat. Figura 1 prezintă un exemplu de captură de ecran a unei simulări FDTD 3D similară cu un divizor de fascicul de polarizare (PBS).
Figura 1: Rezultatele simulării de la FDTD 3D. (A) este o vedere de sus a structurii simulate, care este un cuplaj direcțional. (B) prezintă o captură de ecran a unei simulări folosind excitație cvasi-te. Cele două diagrame de mai sus arată vederea de sus a semnalelor cvasi-te-te și cvasi-tm, iar cele două diagrame de mai jos arată vizualizarea în secțiune transversală corespunzătoare. (C) prezintă o captură de ecran a unei simulări folosind excitație cvasi-tm.
Timpul post: 23-2024 iulie