Dezajno deFotonaintegra cirkvito
Fotonaj integritaj cirkvitoj(PIC) ofte estas desegnitaj helpe de matematikaj skriptoj pro la graveco de vojo -longo en interferometroj aŭ aliaj aplikoj sentemaj al vojo -longo.Picestas fabrikita per pikado de multnombraj tavoloj (tipe 10 ĝis 30) sur ondo, kiuj estas kunmetitaj de multaj plurlateraj formoj, ofte reprezentitaj en la formato GDSII. Antaŭ ol sendi la dosieron al la fabrikanto de fotomaskoj, estas forte dezirinde povi simuli la foton por kontroli la korektecon de la dezajno. La simulado estas dividita en multnombrajn nivelojn: la plej malalta nivelo estas la tridimensia elektromagneta (EM) simulado, kie la simulado estas farita ĉe la sub-ondolonga nivelo, kvankam la interagoj inter atomoj en la materialo estas pritraktataj ĉe la makroskopa skalo. Tipaj metodoj inkluzivas tridimensian fin-diferencan temp-domajnon (3D FDTD) kaj EigenMode-ekspansion (EME). Ĉi tiuj metodoj estas la plej ĝustaj, sed estas nepraktikaj por la tuta PIC -simula tempo. La sekva nivelo estas 2,5-dimensia EM-simulado, kiel finia-diferenca trabo-disvastigo (FD-BPM). Ĉi tiuj metodoj estas multe pli rapidaj, sed oferas iom da precizeco kaj nur povas trakti paraxian disvastigon kaj ne povas esti uzata por simuli resonatorojn, ekz. La sekva nivelo estas 2D EM -simulado, kiel 2D FDTD kaj 2D BPM. Ĉi tiuj estas ankaŭ pli rapidaj, sed havas limigitajn funkciojn, kiel ili ne povas simuli polarizajn rotatorojn. Plia nivelo estas transdono kaj/aŭ disvastiga matrico -simulado. Ĉiu ĉefa ero estas reduktita al komponento kun enigo kaj eligo, kaj la konektita ondo -gvidilo estas reduktita al fazŝanĝo kaj atenua elemento. Ĉi tiuj simuladoj estas ege rapidaj. La elira signalo estas akirita per multobligado de la transdona matrico per la eniga signalo. La disvastiga matrico (kies elementoj estas nomataj S-parametroj) multigas la enigajn kaj elirajn signalojn unuflanke por trovi la enigajn kaj elirajn signalojn aliflanke de la ero. Esence, la disvastiga matrico enhavas la reflektadon en la elemento. La disvastiga matrico estas kutime duoble pli granda ol la transdona matrico en ĉiu dimensio. En resumo, de 3D EM ĝis transdono/disĵetado de matrico-simulado, ĉiu tavolo de simulado prezentas interŝanĝon inter rapideco kaj precizeco, kaj projektistoj elektas la ĝustan nivelon de simulado por siaj specifaj bezonoj optimumigi la projektan validuman procezon.
Tamen, dependi de elektromagneta simulado de certaj elementoj kaj uzi disĵetilon/translokan matricon por simuli la tutan PIC ne garantias tute ĝustan dezajnon antaŭ la flua plato. Ekzemple, miskalkulitaj vojlongoj, multimodaj ondgvidiloj, kiuj ne efikas subpremi alt-ordajn reĝimojn, aŭ du ondgvidiloj tro proksimaj unu al la alia, kondukante al neatenditaj kuplantaj problemoj verŝajne ne estas nedetektitaj dum simulado. Tial, kvankam altnivelaj simuladaj iloj provizas potencajn projektajn validajn kapablojn, ĝi tamen postulas altan gradon de vigleco kaj zorgema inspektado de la projektisto, kombinita kun praktika sperto kaj teknika scio, por certigi la precizecon kaj fidindecon de la dezajno kaj redukti la riskon de la fluo -folio.
Tekniko nomata malabunda FDTD permesas al 3D kaj 2D FDTD -simuladoj esti farita rekte sur kompleta PIC -dezajno por validigi la dezajnon. Kvankam estas malfacile por iu ajn elektromagneta simula ilo simuli tre grandskalan PIC, la malabunda FDTD kapablas simuli sufiĉe grandan lokan areon. En tradicia 3D FDTD, la simulado komenciĝas per inicialigado de la ses komponentoj de la elektromagneta kampo ene de specifa kvantigita volumo. Dum la tempo progresas, la nova kampo -komponento en la volumo estas kalkulita, kaj tiel plu. Ĉiu paŝo postulas multan kalkulon, do necesas longa tempo. En malabunda 3D FDTD, anstataŭ kalkuli ĉe ĉiu paŝo ĉe ĉiu punkto de la volumo, oni konservas liston de kampaj komponentoj, kiuj teorie povas konformi al arbitre granda volumo kaj esti kalkulitaj nur por tiuj komponentoj. En ĉiu tempo paŝo, punktoj najbaraj al kampaj komponentoj estas aldonitaj, dum kampaj komponentoj sub certa potenca sojlo estas faligitaj. Por iuj strukturoj, ĉi tiu komputado povas esti pluraj ordoj de grando pli rapide ol tradicia 3D FDTD. Tamen, malabundaj FDTD -oj ne agas bone kiam temas pri disvastigaj strukturoj, ĉar ĉi tiu tempo -kampo disvastiĝas tro multe, rezultigante listojn tro longajn kaj malfacile administreblajn. Figuro 1 montras ekzemplan ekrankopion de 3D FDTD -simulado simila al polariza trabo -splitter (PBS).
Figuro 1: Simulado rezultas de 3D malabunda FDTD. (A) estas supera vido de la strukturo simulita, kio estas direkta kuplilo. (B) montras ekrankopion de simulado uzante kvazaŭ-te-ekscitiĝon. La du diagramoj supre montras la supran vidon de la kvazaŭ-TE kaj kvazaŭ-TM-signaloj, kaj la du diagramoj sube montras la respondan transversan vidon. (C) montras ekrankopion de simulado uzante kvazaŭ-TM-ekscitiĝon.
Afiŝotempo: jul-23-2024