Untwerp fanfotonyskyntegrearre circuit
Photonyske yntegreare circuits(PIC) wurde faak ûntwurpen mei help fan wiskundige skripts fanwege it belang fan paad lingte yn interferometers of oare applikaasjes dy't gefoelich foar paad lingte.PICwurdt produsearre troch meardere lagen (typysk 10 oan 30) op in wafel, dy't gearstald binne út in protte polygonale foarmen, faak fertsjintwurdige yn it GDSII-formaat. Foardat jo it bestân nei de fabrikant fan fotomaskers ferstjoere, is it sterk winsklik om de PIC te simulearjen om de krektens fan it ûntwerp te kontrolearjen. De simulaasje is ferdield yn meardere nivo's: it leechste nivo is de trijediminsjonale elektromagnetyske (EM) simulaasje, wêrby't de simulaasje wurdt útfierd op it nivo fan subgolflingte, hoewol de ynteraksjes tusken atomen yn it materiaal wurde behannele op 'e makroskopyske skaal. Typyske metoaden omfetsje trijediminsjonale finite-ferskil Tiiddomein (3D FDTD) en eigenmode útwreiding (EME). Dizze metoaden binne de meast krekte, mar binne ûnpraktysk foar de hiele PIC-simulaasjetiid. It folgjende nivo is 2.5-diminsjonale EM-simulaasje, lykas finite-difference beam propagation (FD-BPM). Dizze metoaden binne folle flugger, mar offerje wat krektens op en kinne allinich paraxiale propagaasje behannelje en kinne bygelyks net brûkt wurde om resonators te simulearjen. It folgjende nivo is 2D EM-simulaasje, lykas 2D FDTD en 2D BPM. Dizze binne ek flugger, mar hawwe beheinde funksjonaliteit, lykas se kinne polarisaasjerotators net simulearje. In fierdere nivo is oerdracht en / of ferstruit matrix simulaasje. Eltse grutte komponint wurdt redusearre ta in komponint mei ynput en útfier, en de ferbûne waveguide wurdt ferlege ta in faze ferskowing en attenuation elemint. Dizze simulaasjes binne ekstreem fluch. It útfiersinjaal wurdt krigen troch de oerdrachtmatrix te fermannichfâldigjen mei it ynfiersinjaal. De ferspriedingsmatriks (waans eleminten wurde neamd S-parameters) fermannichfâldicht de ynfier- en útfiersinjalen oan 'e iene kant om de ynfier- en útfiersinjalen oan 'e oare kant fan 'e komponint te finen. Yn prinsipe befettet de ferspriedende matrix de refleksje binnen it elemint. De ferspriedingsmatriks is normaal twa kear sa grut as de oerdrachtmatriks yn elke diminsje. Gearfetsjend, fan 3D EM oant simulaasje fan oerdracht / fersprieding fan matrix, presintearret elke simulaasjelaach in ôfwikseling tusken snelheid en krektens, en ûntwerpers kieze it juste nivo fan simulaasje foar har spesifike behoeften om it ûntwerpvalidaasjeproses te optimalisearjen.
Lykwols, in berop dwaan op elektromagnetyske simulaasje fan bepaalde eleminten en it brûken fan in ferstruit- / oerdracht matrix foar in simulearje de hiele PIC net garandearje in folslein korrekt ûntwerp foar de flow plaat. Bygelyks, ferkeard berekkene paadlingten, multimode waveguides dy't net effektyf ûnderdrukke hege-oarder modus, of twa waveguides dy't lizze te ticht by elkoar dy't liede ta ûnferwachte koppelingsproblemen sille wierskynlik net ûntdutsen wurde tidens simulaasje. Dêrom, hoewol avansearre simulaasje-ark jouwe krêftige mooglikheden foar ûntwerpvalidaasje, fereasket it noch altyd in hege graad fan waakzaamheid en soarchfâldige ynspeksje troch de ûntwerper, kombinearre mei praktyske ûnderfining en technyske kennis, om de krektens en betrouberens fan it ûntwerp te garandearjen en it risiko fan 'e flow sheet.
In technyk neamd sparse FDTD lit 3D- en 2D FDTD-simulaasjes direkt wurde útfierd op in folslein PIC-ûntwerp om it ûntwerp te falidearjen. Hoewol it lestich is foar elke elektromagnetyske simulaasje-ark om in heul grutskalige PIC te simulearjen, is de sparse FDTD yn steat om in frij grut lokaal gebiet te simulearjen. Yn tradisjonele 3D FDTD begjint de simulaasje mei it inisjalisearjen fan de seis komponinten fan it elektromagnetyske fjild binnen in spesifyk kwantisearre folume. Nei ferrin fan tiid, de nije fjild komponint yn it folume wurdt berekkene, ensafuorthinne. Elke stap freget in protte berekkening, dus it duorret lang. Yn sparse 3D FDTD, ynstee fan in berekkenjen op elke stap op elk punt fan it folume, wurdt in list fan fjild ûnderdielen ûnderhâlden dat kin teoretysk oerienkomme mei in willekeurich grut folume en wurde berekkene allinnich foar dy komponinten. By elke tiidstap wurde punten neist fjildkomponinten tafoege, wylst fjildkomponinten ûnder in bepaalde krêftdrompel falle. Foar guon struktueren kin dizze berekkening ferskate oarders fan grutte flugger wêze as tradisjonele 3D FDTD. Sparse FDTDS dogge lykwols net goed by it omgean mei dispersive struktueren, om't dit tiidfjild te folle ferspriedt, wat resulteart yn listen dy't te lang en dreech te behearjen binne. Figuer 1 toant in foarbyld skermôfbylding fan in 3D FDTD simulaasje fergelykber mei in polarisaasje beam splitter (PBS).
figuer 1: Simulaasje resultaten út 3D sparse FDTD. (A) is in top werjefte fan de struktuer wurdt simulearre, dat is in rjochtingskoppler. (B) Toant in skermôfdruk fan in simulaasje mei help fan quasi-TE excitation. De twa diagrammen hjirboppe litte de boppeste werjefte fan 'e kwasi-TE- en kwasi-TM-sinjalen sjen, en de twa diagrammen hjirûnder litte de korrespondearjende dwerstrochsneed sjen. (C) Toant in skermôfdruk fan in simulaasje mei help fan quasi-TM excitation.
Post tiid: Jul-23-2024