Дизайн нафотоненинтегрална схема
Фотонни интегрални схеми(PIC) често се проектират с помощта на математически скриптове поради значението на дължината на пътя в интерферометрите или други приложения, които са чувствителни към дължината на пътя.СНИМКАсе произвежда чрез нанасяне на няколко слоя (обикновено 10 до 30) върху пластина, които са съставени от много многоъгълни форми, често представени във формат GDSII. Преди да изпратите файла на производителя на фотомаската, 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 електромагнитна (EM) симулация, където симулацията се извършва на ниво под дължина на вълната, въпреки че взаимодействията между атомите в материала се обработват в макроскопичен мащаб. Типичните методи включват триизмерен времеви домейн с крайна разлика (3D FDTD) и разширение на собствения режим (EME). Тези методи са най-точни, но са непрактични за цялото време на PIC симулация. Следващото ниво е 2,5-измерна ЕМ симулация, като например разпространение на лъч с крайна разлика (FD-BPM). Тези методи са много по-бързи, но жертват известна точност и могат да се справят само с параксиално разпространение и не могат да се използват за симулиране на резонатори, например. Следващото ниво е 2D EM симулация, като 2D FDTD и 2D BPM. Те също са по-бързи, но имат ограничена функционалност, като например не могат да симулират поляризационни ротатори. Следващо ниво е симулация на матрица на предаване и/или разсейване. Всеки основен компонент е редуциран до компонент с вход и изход, а свързаният вълновод е редуциран до елемент за фазово изместване и затихване. Тези симулации са изключително бързи. Изходният сигнал се получава чрез умножаване на предавателната матрица по входния сигнал. Матрицата на разсейване (чиито елементи се наричат S-параметри) умножава входните и изходните сигнали от едната страна, за да намери 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 EM до симулация на матрица на предаване/разсейване, всеки слой на симулация представлява компромис между скорост и точност и дизайнерите избират правилното ниво на симулация за техните специфични нужди, за да оптимизират процеса на валидиране на дизайна.
Въпреки това, разчитането на електромагнитна симулация на определени елементи и използването на матрица на разсейване/трансфер за симулиране на целия PIC не гарантира напълно правилен дизайн пред плочата на потока. Например, погрешно изчислени дължини на пътя, многомодови вълноводи, които не успяват ефективно да потиснат режимите от висок порядък, или два вълновода, които са твърде близо един до друг, което води до неочаквани проблеми със свързването, вероятно ще останат незабелязани по време на симулацията. Следователно, въпреки че усъвършенстваните инструменти за симулация предоставят мощни възможности за валидиране на дизайна, това все още изисква висока степен на бдителност и внимателна проверка от страна на дизайнера, съчетани с практически опит и технически познания, за да се гарантира точността и надеждността на дизайна и да се намали рискът от технологична схема.
Техника, наречена разреден FDTD, позволява 3D и 2D FDTD симулации да се извършват директно върху пълен PIC дизайн за валидиране на дизайна. Въпреки че е трудно за всеки инструмент за електромагнитна симулация да симулира PIC в много голям мащаб, разреденият FDTD е в състояние да симулира доста голяма локална област. В традиционния 3D FDTD симулацията започва с инициализиране на шестте компонента на електромагнитното поле в рамките на специфичен квантован обем. С течение на времето новият полеви компонент в обема се изчислява и т.н. Всяка стъпка изисква много изчисления, така че отнема много време. В редкия 3D FDTD, вместо да се изчислява на всяка стъпка във всяка точка от обема, се поддържа списък от компоненти на полето, които теоретично могат да съответстват на произволно голям обем и да бъдат изчислени само за тези компоненти. На всяка времева стъпка се добавят точки, съседни на компонентите на полето, докато компонентите на полето под определен праг на мощност се изпускат. За някои структури това изчисление може да бъде с няколко порядъка по-бързо от традиционното 3D FDTD. Разредените FDTDS обаче не се представят добре, когато се занимават с разпръснати структури, тъй като това времево поле се разпространява твърде много, което води до списъци, които са твърде дълги и трудни за управление. Фигура 1 показва примерна екранна снимка на 3D FDTD симулация, подобна на разделител на поляризационен лъч (PBS).
Фигура 1: Резултати от симулация от 3D разреден FDTD. (A) е изглед отгоре на симулираната структура, която е насочен съединител. (B) Показва екранна снимка на симулация, използваща квази-TE възбуждане. Двете диаграми по-горе показват изглед отгоре на квази-TE и квази-TM сигналите, а двете диаграми по-долу показват съответния изглед на напречно сечение. (C) Показва екранна снимка на симулация, използваща квази-TM възбуждане.
Време на публикуване: 23 юли 2024 г