Design defotoniccircuit integrat
Circuite integrate fotonice(PIC) sunt adesea proiectate cu ajutorul scripturilor matematice din cauza importanței lungimii căii în interferometre sau în alte aplicații care sunt sensibile la lungimea căii.PICeste fabricat prin modelarea mai multor straturi (de obicei de la 10 la 30) pe o napolitană, care sunt compuse din multe forme poligonale, adesea reprezentate în formatul GDSII. Înainte de a trimite fișierul către producătorul măștii foto, este de dorit să se poată simula PIC-ul pentru a verifica corectitudinea designului. Simularea este împărțită în mai multe niveluri: cel mai de jos nivel este simularea tridimensională electromagnetică (EM), unde simularea este efectuată la nivelul sublungimii de undă, deși interacțiunile dintre atomi din material sunt gestionate la scară macroscopică. Metodele tipice includ domeniul temporal cu diferențe finite tridimensionale (3D FDTD) și extinderea în mod propriu (EME). Aceste metode sunt cele mai precise, dar sunt impracticabile pentru întregul timp de simulare PIC. Următorul nivel este simularea EM 2,5-dimensională, cum ar fi propagarea fasciculului cu diferențe finite (FD-BPM). Aceste metode sunt mult mai rapide, dar sacrifică o anumită precizie și pot gestiona doar propagarea paraxială și nu pot fi folosite pentru a simula rezonatoare, 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 nu pot simula rotatorii de polarizare. Un alt nivel este simularea matricei de transmisie și/sau împrăștiere. Fiecare componentă majoră este redusă la o componentă cu intrare și ieșire, iar ghidul de undă conectat este redus la un element de defazare și atenuare. Aceste simulări sunt extrem de rapide. Semnalul de ieșire se obține prin înmulțirea matricei de transmisie cu semnalul de intrare. Matricea de împrăștiere (ale cărei elemente sunt numite parametri S) înmulțește semnalele de intrare și de ieșire pe o parte pentru a găsi semnalele de intrare și ieșire pe cealaltă parte a componentei. Practic, matricea de împrăștiere conține reflexia în interiorul elementului. Matricea de împrăștiere este de obicei de două ori mai mare decât matricea de transmisie în fiecare dimensiune. Pe scurt, de la 3D EM până la simularea matricei de transmisie/împrăștiere, fiecare strat de simulare prezintă un compromis între viteză și precizie, iar designerii aleg nivelul potrivit de simulare pentru nevoile lor specifice pentru a optimiza procesul de validare a proiectării.
Cu toate acestea, bazarea 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 flux. De exemplu, lungimile de traseu calculate greșit, ghidurile de undă multimodale care nu reușesc să suprime în mod eficient modurile de ordin înalt sau două ghiduri de undă care sunt prea apropiate unul de celălalt conducând la probleme de cuplare neașteptate sunt probabil să nu fie detectate în timpul simulării. Prin urmare, deși instrumentele avansate de simulare oferă capabilități puternice de validare a proiectării, este totuși nevoie de un grad ridicat de vigilență și inspecție atentă de către proiectant, combinat cu experiență practică și cunoștințe tehnice, pentru a asigura acuratețea și fiabilitatea proiectării și pentru a reduce riscul fisa de flux.
O tehnică numită FDTD rară permite simulările 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 un PIC 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 anumit volum cuantificat. Pe măsură ce timpul trece, 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 pas în fiecare punct al volumului, se menține o listă de componente de câmp care pot corespunde teoretic unui volum arbitrar de mare și poate fi calculată numai pentru acele componente. La fiecare pas de timp, punctele adiacente componentelor câmpului sunt adăugate, în timp ce componentele câmpului sub un anumit prag de putere sunt eliminate. Pentru unele structuri, acest calcul poate fi cu câteva ordine de mărime mai rapid decât FDTD 3D tradițional. Cu toate acestea, FDTDS rare nu funcționează bine atunci când se ocupă cu structuri dispersive, deoarece acest câmp de timp se răspândește prea mult, rezultând liste prea lungi și greu de gestionat. Figura 1 prezintă un exemplu de captură de ecran a unei simulări 3D FDTD similară cu un divizor de fascicul de polarizare (PBS).
Figura 1: Rezultatele simulării din FDTD 3D rar. (A) este o vedere de sus a structurii care este simulată, care este un cuplaj direcțional. (B) Afișează o captură de ecran a unei simulări folosind excitația cvasi-TE. Cele două diagrame de mai sus arată vedere de sus a semnalelor cvasi-TE și cvasi-TM, iar cele două diagrame de mai jos arată vedere în secțiune transversală corespunzătoare. (C) Afișează o captură de ecran a unei simulări folosind excitația quasi-TM.
Ora postării: 23-iul-2024