Projektfotoniczneukład scalony
Obwody zintegrowane fotoniczne(PIC) są często projektowane za pomocą skryptów matematycznych ze względu na znaczenie długości ścieżki w interferometrach lub innych zastosowaniach wrażliwych na długość ścieżki.Zdjęciejest wytwarzany przez zebranie wielu warstw (zwykle od 10 do 30) na waflu, które składają się z wielu wielokątnych kształtów, często reprezentowanych w formacie GDSII. Przed wysłaniem pliku do producenta Photomask, bardzo pożądane jest, aby móc symulować zdjęcie w celu zweryfikowania poprawności projektu. Symulacja jest podzielona na wiele poziomów: najniższym poziomem jest trójwymiarowa symulacja elektromagnetyczna (EM), w której symulacja jest wykonywana na poziomie długości podwodnej, chociaż interakcje między atomami w materiale są obsługiwane w skali makroskopowej. Typowe metody obejmują trójwymiarową domenę czasową różnic skończonych (3D FDTD) i ekspansję modelu własnego (EME). Metody te są najdokładniejsze, ale są niepraktyczne dla całego czasu symulacji PIC. Następny poziom to 2,5-wymiarowa symulacja EM, taka jak propagacja wiązki różnicy skończonej (FD-BPM). Metody te są znacznie szybsze, ale poświęcają pewną dokładność i mogą obsługiwać jedynie propagację paraksjalną i na przykład nie można ich używać do symulacji rezonatorów. Następnym poziomem to symulacja 2D EM, taka jak 2D FDTD i 2D BPM. Są one również szybsze, ale mają ograniczoną funkcjonalność, na przykład nie mogą symulować rotatorów polaryzacji. Kolejnym poziomem jest symulacja macierzy transmisji i/lub rozproszenia. Każdy główny składnik jest redukowany do komponentu z wejściem i wyjściem, a podłączony falowód jest redukowany do elementu przesunięcia fazowego i tłumienia. Te symulacje są niezwykle szybkie. Sygnał wyjściowy uzyskuje się przez pomnożenie macierzy transmisji przez sygnał wejściowy. Matryca rozpraszania (której elementy są nazywane parametry S) mnoży sygnały wejściowe i wyjściowe z jednej strony, aby znaleźć sygnały wejściowe i wyjściowe po drugiej stronie komponentu. Zasadniczo macierz rozpraszania zawiera odbicie wewnątrz elementu. Matryca rozpraszania jest zwykle dwa razy większa niż macierz transmisji w każdym wymiarze. Podsumowując, od symulacji macierzy transmisji/rozpraszania/rozpraszania, każda warstwa symulacji przedstawia kompromis między szybkością i dokładnością, a projektanci wybierają odpowiedni poziom symulacji dla ich specyficznych potrzeb w celu zoptymalizowania procesu sprawdzania poprawności projektowania.
Jednak poleganie na symulacji elektromagnetycznej niektórych elementów i stosowaniu macierzy rozproszenia/transferu w celu symulacji całego PIC nie gwarantuje całkowicie poprawnej konstrukcji przed płytą przepływu. Na przykład niewłaściwe długości ścieżki, wielomodowe falowody, które nie stłumują trybów wysokiego rzędu, lub dwa falowody, które są zbyt blisko siebie, co prowadzi do nieoczekiwanych problemów sprzężenia, prawdopodobnie pozostaną niewykryte podczas symulacji. Dlatego, chociaż zaawansowane narzędzia symulacyjne zapewniają potężne możliwości walidacji projektowania, nadal wymaga wysokiego stopnia czujności i starannej kontroli przez projektanta, w połączeniu z praktycznym doświadczeniem i wiedzą techniczną, aby zapewnić dokładność i niezawodność projektu oraz zmniejszyć ryzyko arkusza przepływu.
Technika zwana rzadkim FDTD umożliwia przeprowadzanie symulacji 3D i 2D FDTD bezpośrednio przy kompletnym projekcie PIC w celu potwierdzenia projektu. Chociaż jakimkolwiek narzędziem symulacyjnym elektromagnetycznym trudno jest symulować bardzo dużą skalę, rzadkie FDTD jest w stanie symulować dość duży obszar lokalny. W tradycyjnym 3D FDTD symulacja zaczyna się od zainicjowania sześciu składników pola elektromagnetycznego w określonej kwantyzowanej objętości. W miarę upływu czasu oblicza się nowy element pola w objętości i tak dalej. Każdy krok wymaga wielu obliczeń, więc zajmuje to dużo czasu. W rzadkich 3D FDTD, zamiast obliczania na każdym etapie w każdym punkcie objętości, utrzymuje się listę komponentów pola, które teoretycznie mogą odpowiadać dowolnie dużej objętości i być obliczane tylko dla tych składników. Na każdym kroku czasowym dodaje się punkty przylegające do komponentów pola, podczas gdy komponenty pola poniżej określonego progu mocy są upuszczane. W przypadku niektórych struktur obliczenie to może być kilka rzędów wielkości szybciej niż tradycyjny 3D FDTD. Jednak rzadkie FDTD nie radzą sobie dobrze w radzeniu sobie ze strukturami dyspersyjnymi, ponieważ ten czas ten czas rozprzestrzenia się zbytnio, powodując listy, które są zbyt długie i trudne do zarządzania. Rycina 1 pokazuje przykładowy zrzut ekranu symulacji FDTD 3D podobny do rozdzielacza wiązki polaryzacji (PBS).
Rysunek 1: Wyniki symulacji z rzadkich FDTD 3D. (A) to widok z góry symulowanej struktury, który jest łącznikiem kierunkowym. (B) pokazuje zrzut ekranu symulacji przy użyciu quasi-te wzbudzania. Dwa powyższe schematy pokazują widok górnej części sygnałów quasi-te i quasi-tm, a dwa diagramy poniżej pokazują odpowiedni widok przekrojowy. (C) pokazuje zrzut ekranu symulacji przy użyciu wzbudzenia quasi-TM.
Czas po: 23-2024 lipca