Afotonikusintegrált áramkör
Fotonikus integrált áramkörökA (PIC) -et gyakran matematikai szkriptek segítségével tervezik, mivel az úthossz fontosságának fontossága az interferométerekben vagy más olyan alkalmazásokban, amelyek érzékenyek az úthosszra.KépTöbb réteg (általában 10-30) egy ostyán történő elkészítésével készülnek, amelyek sok sokszög alakú formából állnak, amelyeket gyakran a GDSII formátumban ábrázolnak. Mielőtt elküldené a fájlt a Photomask gyártójának, erősen kívánatos, hogy szimulálhassa a PIC -t, hogy ellenőrizze a terv helyességét. A szimulációt több szintre osztják: a legalacsonyabb szint a háromdimenziós elektromágneses (EM) szimuláció, ahol a szimulációt az al hullámhossz szintjén hajtják végre, bár az anyagban lévő atomok kölcsönhatásait makroszkopikus skálán kezelik. A tipikus módszerek közé tartozik a háromdimenziós véges különbség időtartományának (3D FDTD) és a EigenMode Expansion (EME). Ezek a módszerek a legpontosabbak, de nem praktikusak a teljes PIC szimulációs időre. A következő szint 2,5-dimenziós EM-szimuláció, például véges különbségű sugárzás terjedése (FD-BPM). Ezek a módszerek sokkal gyorsabbak, de feláldozzák a pontosságot, és csak a paraxiális terjedést képesek kezelni, és nem használhatók például a rezonátorok szimulálására. A következő szint a 2D EM szimuláció, például a 2D FDTD és a 2D BPM. Ezek szintén gyorsabbak, de korlátozott funkcionalitással rendelkeznek, például nem tudják szimulálni a polarizációs rotátorokat. További szint az átviteli és/vagy szórási mátrix szimuláció. Minden fő alkatrészt egy bemeneti és kimenetű alkatrészre redukálnak, és a csatlakoztatott hullámvezető fáziseltolódási és csillapítási elemre redukálódik. Ezek a szimulációk rendkívül gyorsak. A kimeneti jelet úgy kapjuk meg, hogy megszorozzuk az átviteli mátrixot a bemeneti jelgel. A szórási mátrix (amelynek elemeit S-paramétereknek hívják) megsokszorozza a bemeneti és kimeneti jeleket az egyik oldalon, hogy megtalálja a bemeneti és kimeneti jeleket az összetevő másik oldalán. Alapvetően a szórási mátrix tartalmazza az elem belsejében lévő reflexiót. A szórási mátrix általában kétszer olyan nagy, mint az átviteli mátrix minden dimenzióban. Összefoglalva: a 3D EM-től az átviteli/szórási mátrix szimulációig, a szimulációs rétegek kompromisszumot mutatnak a sebesség és a pontosság között, és a tervezők a megfelelő szimulációs szintet választják a tervezési érvényesítési folyamat optimalizálása érdekében.
Azonban az egyes elemek elektromágneses szimulációjára és a szórási/átviteli mátrix használatával a teljes kép szimulálására nem garantálja a teljesen helyes kialakítást az áramlási lemez előtt. Például a szimuláció során valószínűleg észrevétlenül veszik észre, hogy a téves kiszámított útvonalhosszok, multimódusú hullámvezetők, amelyek nem tudják hatékonyan elnyomni a magas rendű módokat, vagy két olyan hullámvezető, amelyek túl közel állnak egymáshoz, váratlan kapcsolási problémákhoz vezetnek. Ezért, bár a fejlett szimulációs eszközök erőteljes tervezési validációs képességeket biztosítanak, ez mégis nagy fokú éberséget és gondos ellenőrzést igényel a tervező által, a gyakorlati tapasztalatokkal és a műszaki ismeretekkel kombinálva, hogy biztosítsák a tervezés pontosságát és megbízhatóságát, és csökkentsék az folyamat kockázatát.
A SARSE FDTD nevű technika lehetővé teszi a 3D és 2D FDTD szimulációk közvetlenül a teljes PIC -kialakításon történő végrehajtását a terv validálására. Noha az elektromágneses szimulációs eszközöknek nehéz egy nagyon nagy méretű PIC szimulálása, a ritka FDTD képes egy meglehetősen nagy helyi terület szimulálására. A hagyományos 3D FDTD -ben a szimuláció az elektromágneses mező hat komponensének inicializálásával kezdődik egy adott kvantált térfogaton belül. Az idő előrehaladtával kiszámítják a kötet új mezőkomponensét, és így tovább. Minden lépés sok számításra van szükség, tehát hosszú időbe telik. A ritka 3D -s FDTD -ben ahelyett, hogy a kötet minden egyes lépésében kiszámítaná, fenntartják a mezőkomponensek listáját, amelyek elméletileg képesek egy önkényesen nagy hangerővel, és csak ezekre az összetevőkre számíthatók. Minden egyes lépésnél a mezőkomponensekkel szomszédos pontokat adnak hozzá, míg egy bizonyos teljesítményküszöb alatti mezőkomponenseket eldobnak. Egyes struktúrák esetében ez a számítás több nagyságrendű lehet, mint a hagyományos 3D FDTD. A ritka FDTD -k azonban nem teljesítenek jól a diszpergáló struktúrák kezelése, mivel ez az idő mező túl sokat terjed, ami túl hosszú és nehezen kezelhető listákat eredményez. Az 1. ábra egy 3D -s FDTD szimuláció példa -képernyőképét mutatja be, hasonlóan a polarizációs gerenda splitterhez (PBS).
1. ábra: A 3D SARSE FDTD szimulációs eredményei. (A) A szimulált szerkezet felső nézete, amely egy irányított csatoló. (B) A szimuláció képernyőképét mutatja a kvázi-TE gerjesztéssel. A fenti két ábra a kvázi-TE és a kvázi-TM jelek felső nézetét mutatja, az alábbi két ábra pedig a megfelelő keresztmetszeti nézetet mutatja. (C) A szimuláció képernyőképét mutatja kvázi-TM gerjesztéssel.
A postai idő: július-23-2024