Suunnitella jtkfotoninenintegroitu piiri
Fotoniset integroidut piirit(PIC) on usein suunniteltu matemaattisten skriptien avulla, koska polun pituus on merkitys interferometreissä tai muissa polun pituudelle herkkiä sovelluksia.KUVAValmistetaan kiekkojen monikerroksista (tyypillisesti 10 - 30), jotka koostuvat monista monikulmiomuodoista, joita usein esitetään GDSII -muodossa. Ennen tiedoston lähettämistä POMOMASK -valmistajalle on erittäin toivottavaa, että simuloida kuva suunnittelun oikeellisuuden tarkistamiseksi. Simulaatio on jaettu useille tasoille: alhaisin taso on kolmiulotteinen sähkömagneettinen (EM) simulointi, jossa simulaatio suoritetaan aallonpituuden tasolla, vaikka materiaalin atomien väliset vuorovaikutukset käsitellään makroskooppisella asteikolla. Tyypilliset menetelmät sisältävät kolmiulotteisen äärellisen differenssin aika-alueen (3D FDTD) ja Eigenmode-laajennuksen (EME). Nämä menetelmät ovat tarkimpia, mutta ovat epäkäytännöllisiä koko PIC -simulaatioaikaan. Seuraava taso on 2,5-ulotteinen EM-simulaatio, kuten äärellisen differenssin säteen eteneminen (FD-BPM). Nämä menetelmät ovat paljon nopeampia, mutta uhraavat tarkkuutta ja voivat käsitellä vain paraksiaalista etenemistä, eikä niitä voida käyttää esimerkiksi resonaattoreiden simuloimiseen. Seuraava taso on 2D EM -simulaatio, kuten 2D FDTD ja 2D BPM. Nämä ovat myös nopeampia, mutta niillä on rajallinen toiminnallisuus, kuten ne eivät pysty simuloida polarisaatio rotaattoreita. Lisätaso on lähetys- ja/tai sirontamatriisimulaatio. Jokainen pääkomponentti pelkistetään komponenttiin, jolla on tulo ja lähtö, ja kytketty aaltojohto pelkistetään vaihesiirtymään ja vaimennuselementtiin. Nämä simulaatiot ovat erittäin nopeita. Lähtösignaali saadaan kertomalla lähetysmatriisi tulosignaalilla. Sirontamatriisi (jonka elementtejä kutsutaan S-parametreiksi) kertoo tulo- ja lähtösignaalit toisella puolella löytääksesi tulo- ja lähtösignaalit komponentin toisella puolella. Periaatteessa sirontamatriisi sisältää heijastuksen elementin sisällä. Sirontamatriisi on yleensä kaksi kertaa suurempi kuin läpäisymatriisi kussakin ulottuvuudessa. Yhteenvetona voidaan todeta, että 3D-EM: stä siirto-/sirontamatriisimulaatioon jokaisessa simulaatiokerroksessa on kompromissi nopeuden ja tarkkuuden välillä, ja suunnittelijat valitsevat oikean simulaatiotason niiden erityistarpeisiin suunnittelun validointiprosessin optimoimiseksi.
Tiettyjen elementtien sähkömagneettisen simulaation luottaminen ja sironta-/siirtomatriisin käyttäminen koko PIC: n simuloimiseksi ei kuitenkaan takaa täysin oikeaa mallia virtauslevyn edessä. Esimerkiksi väärin lasketut polun pituudet, monimuotoiset aaltoputket, jotka eivät pysty tukahduttamaan tehokkaasti korkean asteen tiloja, tai kaksi aaltojohtoa, jotka ovat liian lähellä toisiaan, jotka johtavat odottamattomiin kytkentäongelmiin, menevät todennäköisesti huomaamatta simulaation aikana. Siksi, vaikka edistyneet simulaatiotyökalut tarjoavat tehokkaita suunnittelun validointimahdollisuuksia, se vaatii silti korkean valppauden ja suunnittelijan huolellisen tarkastuksen yhdistettynä käytännön kokemukseen ja tekniseen tietoon suunnittelun tarkkuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi ja virtauslevyn riskin vähentämiseksi.
Sparse FDTD -niminen tekniikka mahdollistaa 3D- ja 2D FDTD -simulaatioiden suorittamisen suoraan täydellisellä PIC -suunnittelulla suunnittelun validoimiseksi. Vaikka kaikissa sähkömagneettisissa simulointityökaluissa on vaikeaa simuloida erittäin suurta mittaista kuvaa, harva FDTD pystyy simuloimaan melko suurta paikallista aluetta. Perinteisessä 3D FDTD: ssä simulaatio alkaa alustamalla sähkömagneettisen kentän kuusi komponenttia tietyllä kvantisoidulla tilavuudella. Ajan edetessä uusi kenttäkomponentti tilauksessa lasketaan ja niin edelleen. Jokainen vaihe vaatii paljon laskelmia, joten se vie kauan. Harvoissa 3D FDTD: ssä sen sijaan, että laskisi jokaisessa vaiheessa jokaisessa äänenvoimakkuuden pisteessä, ylläpidetään kenttäkomponenttien luettelo, joka voi teoreettisesti vastata mielivaltaisesti suurta tilavuutta ja lasketa vain näille komponenteille. Jokaisessa vaiheessa lisätään kenttäkomponenttien vieressä olevia pisteitä, kun taas tietyn tehon kynnyksen alapuolella olevat kenttäkomponentit pudotetaan. Joidenkin rakenteiden osalta tämä laskenta voi olla useita suuruusluokkaa nopeammin kuin perinteinen 3D FDTD. Harvat FDTD: t eivät kuitenkaan toimi hyvin käsittelemällä dispergoivia rakenteita, koska tämä aikakenttä leviää liikaa, mikä johtaa liian pitkiin ja vaikeasti hallita luetteloita. Kuvio 1 esittää esimerkki 3D FDTD -simulaation kuvakaappaasta, joka on samanlainen kuin polarisaatiosäteen jakaja (PBS).
Kuva 1: Simulaatiotulokset 3D -harva FDTD. (A) on ylin näkymä simuloidusta rakenteesta, joka on suuntakytkin. (B) näyttää kuvakaappauksen simulaatiosta käyttämällä kvasi-Te-viritystä. Kaksi yllä olevaa kaaviota esittävät kvasi-te- ja kvasi-TM-signaalien ylimmät näkymät, ja kaksi alla olevaa kaaviota esittävät vastaavan poikkileikkausnäkymän. (C) näyttää simulaation kuvakaappauksen kvasi-TM-viritystä käyttämällä.
Viestin aika: heinäkuu-23-2024