Dezajno defotonikaintegra cirkvito
Fotonikaj integraj cirkvitoj(PIC) ofte estas desegnitaj per helpo de matematikaj manuskriptoj pro la graveco de vojlongo en interferometroj aŭ aliaj aplikoj, kiuj estas sentemaj al vojlongo.BILDOestas fabrikita per ŝablonado de pluraj tavoloj (tipe 10 ĝis 30) sur oblato, kiuj konsistas el multaj plurlateraj formoj, ofte reprezentitaj en la GDSII-formato. Antaŭ ol sendi la dosieron al la fotomasko-fabrikisto, estas forte dezirinde povi simuli la PIC por kontroli la ĝustecon de la dezajno. La simulado estas dividita en plurajn nivelojn: la plej malalta nivelo estas la tridimensia elektromagneta (EM) simulado, kie la simulado estas farita je la sub-ondolonga nivelo, kvankam la interagoj inter atomoj en la materialo estas pritraktitaj je la makroskopa skalo. Tipaj metodoj inkluzivas tridimensian finian diferencon en tempo-domajno (3D FDTD) kaj ajgenreĝiman vastiĝon (EME). Ĉi tiuj metodoj estas la plej precizaj, sed estas nepraktikaj por la tuta PIC-simuladotempo. La sekva nivelo estas 2,5-dimensia EM-simulado, kiel ekzemple finia diferenco en radiodisvastiĝo (FD-BPM). Ĉi tiuj metodoj estas multe pli rapidaj, sed oferas iom da precizeco kaj povas pritrakti nur paraksan disvastiĝon kaj ne povas esti uzataj por simuli resonatorojn, ekzemple. La sekva nivelo estas 2D EM-simulado, kiel ekzemple 2D FDTD kaj 2D BPM. Ĉi tiuj estas ankaŭ pli rapidaj, sed havas limigitan funkciecon, ĉar ili ne povas simuli polarigajn rotatorojn. Plia nivelo estas transmisia kaj/aŭ disĵeta matrica simulado. Ĉiu ĉefa komponanto estas reduktita al komponanto kun enigo kaj eligo, kaj la konektita ondgvidilo estas reduktita al fazoŝova kaj atenuiga elemento. Ĉi tiuj simuladoj estas ekstreme rapidaj. La elira signalo akiriĝas per multipliko de la transmisia matrico per la enira signalo. La disĵeta matrico (kies elementoj nomiĝas S-parametroj) multiplikas la enigajn kaj elirajn signalojn unuflanke por trovi la enigajn kaj elirajn signalojn aliflanke de la komponanto. Baze, la disĵeta matrico enhavas la reflekton ene de la elemento. La disĵeta matrico estas kutime duoble pli granda ol la transmisia matrico en ĉiu dimensio. Resumante, de 3D EM ĝis transmisia/disĵeta matrica simulado, ĉiu tavolo de simulado prezentas kompromison inter rapideco kaj precizeco, kaj dizajnistoj elektas la ĝustan nivelon de simulado por siaj specifaj bezonoj por optimumigi la dezajnan validigan procezon.
Tamen, fidi je elektromagneta simulado de certaj elementoj kaj uzi disĵetan/transigan matricon por simuli la tutan PIC ne garantias tute ĝustan dezajnon antaŭ la fluplato. Ekzemple, miskalkulitaj vojlongoj, plurmodaj ondgvidiloj kiuj ne efike subpremas altordajn modojn, aŭ du ondgvidiloj kiuj estas tro proksimaj unu al la alia kaŭzantaj neatenditajn kupladajn problemojn verŝajne restos nerimarkitaj dum simulado. Tial, kvankam progresintaj simuladaj iloj provizas potencajn dezajnajn validigajn kapablojn, ĝi ankoraŭ postulas altan gradon da vigleco kaj zorgeman inspektadon fare de la dezajnisto, kombinitan kun praktika sperto kaj teknika scio, por certigi la precizecon kaj fidindecon de la dezajno kaj redukti la riskon de la fludiagramo.
Tekniko nomata maldensa FDTD permesas plenumi 3D kaj 2D FDTD-simulaĵojn rekte sur kompleta PIC-dezajno por validigi la dezajnon. Kvankam estas malfacile por iu ajn elektromagneta simulilo simuli tre grandskalan PIC, la maldensa FDTD kapablas simuli sufiĉe grandan lokan areon. En tradicia 3D FDTD, la simulado komenciĝas per inicialigo de la ses komponantoj de la elektromagneta kampo ene de specifa kvantigita volumeno. Dum la tempo progresas, la nova kampa komponanto en la volumeno estas kalkulata, kaj tiel plu. Ĉiu paŝo postulas multan kalkulon, do ĝi daŭras longe. En maldensa 3D FDTD, anstataŭ kalkuli ĉe ĉiu paŝo ĉe ĉiu punkto de la volumeno, listo de kampaj komponantoj estas konservata, kiuj teorie povas korespondi al arbitre granda volumeno kaj esti kalkulitaj nur por tiuj komponantoj. Ĉe ĉiu tempopaŝo, punktoj apud la kampaj komponantoj estas aldonitaj, dum kampaj komponantoj sub certa potenca sojlo estas forigitaj. Por iuj strukturoj, ĉi tiu kalkulo povas esti plurajn grandordojn pli rapida ol tradicia 3D FDTD. Tamen, maldensaj FDTDS-oj ne funkcias bone kiam temas pri dispersivaj strukturoj, ĉar ĉi tiu tempokampo disvastiĝas tro multe, rezultante en listoj tro longaj kaj malfacile administreblaj. Figuro 1 montras ekzemplan ekranfoton de 3D FDTD-simulado simila al polariĝa radiodividilo (PBS).
Figuro 1: Simuladrezultoj de 3D maldensa FDTD. (A) estas supra vido de la strukturo estanta simulita, kiu estas direkta kuplilo. (B) Montras ekranfoton de simulado uzanta kvazaŭ-TE-eksciton. 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 ekranfoton de simulado uzanta kvazaŭ-TM-eksciton.
Afiŝtempo: 23-a de Julio, 2024