Дизайн наФотонИнтегрална верига
Фотонни интегрални схеми(PIC) често са проектирани с помощта на математически скриптове поради значението на дължината на пътя в интерферометри или други приложения, които са чувствителни към дължината на пътя.Снимкасе произвежда чрез пускане на множество слоеве (обикновено 10 до 30) върху вафла, които са съставени от много полигонални форми, често представени във формата на GDSII. Преди да изпратите файла на производителя на PhotoMask, е силно желателно да можете да симулирате PIC, за да проверите правилността на дизайна. Симулацията е разделена на множество нива: най-ниското ниво е триизмерната симулация на електромагнит (EM), където симулацията се извършва на ниво на дължината на вълната, въпреки че взаимодействията между атомите в материала се обработват в макроскопската скала. Типичните методи включват триизмерна времева област с ограничена разлика (3D FDTD) и разширяване на собствениямод (EME). Тези методи са най -точните, но са непрактични за цялото време на симулация на PIC. Следващото ниво е 2,5-измерена симулация на ЕМ, като разпространение на лъч с ограничена разлика (FD-BPM). Тези методи са много по -бързи, но жертват известна точност и могат да се справят само с пасиално разпространение и не могат да бъдат използвани за симулиране на резонатори, например. Следващото ниво е 2D ЕМ симулация, като 2D FDTD и 2D BPM. Те също са по -бързи, но имат ограничена функционалност, като, че не могат да симулират ротатори на поляризацията. Допълнително ниво е симулация на матрица за предаване и/или разсейване. Всеки основен компонент се свежда до компонент с вход и изход, а свързаният вълновода се свежда до елемент на фазово изместване и затихване. Тези симулации са изключително бързи. Изходният сигнал се получава чрез умножаване на матрицата на предаване чрез входния сигнал. Матрицата за разсейване (чиито елементи се наричат S-параметри) умножава входните и изходните сигнали от едната страна, за да намерят входните и изходните сигнали от другата страна на компонента. По принцип матрицата на разсейване съдържа отражението вътре в елемента. Матрицата на разсейване обикновено е два пъти по -голяма от матрицата на предаване във всяко измерение. В обобщение, от 3D ЕМ до симулация на матрица за предаване/разсейване, всеки слой симулация представя компромис между скоростта и точността, а дизайнерите избират правилното ниво на симулация за техните специфични нужди за оптимизиране на процеса на валидиране на дизайна.
Въпреки това, разчитането на електромагнитна симулация на определени елементи и използването на матрица за разсейване/прехвърляне за симулиране на цялата снимка не гарантира напълно правилен дизайн пред плочата на потока. Например, грешно изчислени дължини на пътя, мултимодни вълновода, които не успяват ефективно да потискат режимите от висок ред или два вълновода, които са твърде близки един до друг, водещи до неочаквани проблеми с свързването, вероятно ще останат неоткрити по време на симулация. Следователно, въпреки че усъвършенстваните инструменти за симулация осигуряват мощни възможности за валидиране на дизайна, той все още изисква висока степен на бдителност и внимателна проверка от дизайнера, комбиниран с практически опит и технически знания, за да се гарантира точността и надеждността на дизайна и да намали риска от потока.
Техника, наречена Scarse FDTD, позволява да се извършват 3D и 2D FDTD симулации директно върху пълен дизайн на PIC, за да се валидира дизайна. Въпреки че е трудно всеки електромагнитен инструмент за симулация да симулира много мащабна снимка, Scarse FDTD е в състояние да симулира доста голяма локална зона. В традиционния 3D FDTD симулацията започва с инициализиране на шестте компонента на електромагнитното поле в рамките на специфичен количествен обем. С течение на времето се изчислява новият полев компонент в обема и т.н. Всяка стъпка изисква много изчисление, така че отнема много време. В Scarse 3D FDTD, вместо да се изчислява на всяка стъпка във всяка точка на обема, се поддържа списък с компоненти на полето, който теоретично може да съответства на произволно голям обем и да се изчислява само за тези компоненти. На всеки етап се добавят точки в съседство с компонентите на полето, докато компонентите на полето под определен праг на захранване се спускат. За някои структури това изчисление може да бъде с няколко порядъка по -бързо от традиционната 3D FDTD. Въпреки това, оскъдните FDTD не се представят добре, когато се справят с дисперсивни структури, тъй като това време се разпространява твърде много, което води до списъци, които са твърде дълги и трудни за управление. Фигура 1 показва примерна екранна снимка на 3D симулация на FDTD, подобна на сплитер на поляризационния лъч (PBS).
Фигура 1: Резултати от симулацията от 3D Scarse Fdtd. А) е изглед отгоре на симулирането на структурата, която е насочен съединител. (B) Показва екранна снимка на симулация с помощта на квази-ТЕ възбуждане. Двете диаграми по-горе показват горния изглед на квази-ТЕ и квази-TM сигналите, а двете диаграми по-долу показват съответния изглед на напречно сечение. (C) Показва екранна снимка на симулация с помощта на квази-TM възбуждане.
Време за публикация: 23-2024 юли