Design vunphotoneschintegréiert Circuit
Photonesch integréiert Kreesleef(PIC) ginn dacks mat der Hëllef vu mathematesche Skripte entworf wéinst der Wichtegkeet vun der Weelängt an Interferometeren oder aner Uwendungen déi sensibel sinn op d'Strecklängt.PICgëtt fabrizéiert andeems se verschidde Schichten (typesch 10 bis 30) op enger Wafer, déi aus ville polygonale Formen zesummegesat sinn, dacks am GDSII-Format vertruede sinn. Ier Dir d'Datei un de Photomask Hiersteller schéckt, ass et staark wënschenswäert, de PIC ze simuléieren fir d'Korrektheet vum Design z'iwwerpréiwen. D'Simulatioun ass a verschidde Niveauen opgedeelt: den ënneschten Niveau ass déi dreidimensional elektromagnetesch (EM) Simulatioun, wou d'Simulatioun um Ënnerwellelängtniveau duerchgefouert gëtt, obwuel d'Interaktiounen tëscht Atomer am Material op der makroskopescher Skala gehandhabt ginn. Typesch Methoden enthalen dräi-zweedimensional endlech-Differenz Zäit-Domän (3D FDTD) an eigenmode Expansioun (EME). Dës Methode sinn déi genaust, awer sinn onpraktesch fir déi ganz PIC Simulatiounszäit. Den nächsten Niveau ass 2.5-zweedimensional EM Simulatioun, wéi endlech-Differenz beam Verbreedung (FD-BPM). Dës Methode si vill méi séier, awer offréieren e puer Genauegkeet a kënnen nëmmen paraxial Ausbreedung handhaben a kënnen net benotzt ginn fir Resonatoren ze simuléieren, zum Beispill. Den nächsten Niveau ass 2D EM Simulatioun, wéi 2D FDTD an 2D BPM. Dës sinn och méi séier, awer hunn limitéiert Funktionalitéit, sou wéi se net Polariséierungsrotatoren simuléiere kënnen. E weideren Niveau ass d'Transmissioun an / oder d'Stralungsmatrix Simulatioun. All Haaptkomponent gëtt op eng Komponent mat Input an Output reduzéiert, an de verbonne Welleguide gëtt op e Phaseverschiebung an Dämpfungselement reduzéiert. Dës Simulatioune sinn extrem séier. D'Ausgangssignal gëtt kritt andeems d'Transmissiounsmatrix mam Input Signal multiplizéiert gëtt. D'Streuungsmatrix (déi hir Elementer S-Parameter genannt ginn) multiplizéiert d'Input- an Ausgangssignaler op enger Säit fir d'Input- an Outputsignaler op der anerer Säit vun der Komponent ze fannen. Prinzipiell enthält d'Streumatrix d'Reflexioun am Element. D'Streumatrix ass normalerweis duebel sou grouss wéi d'Transmissiounsmatrix an all Dimensioun. Zesummegefaasst, vun 3D EM bis Iwwerdroung / Streuende Matrix Simulatioun, stellt all Layer vun der Simulatioun en Ofwiesselung tëscht Geschwindegkeet a Genauegkeet, an Designer wielen de richtege Niveau vun der Simulatioun fir hir spezifesch Bedierfnesser fir den Designvalidatiounsprozess ze optimiséieren.
Wéi och ëmmer, op elektromagnetesch Simulatioun vu bestëmmten Elementer ze vertrauen an eng Streu-/Transfermatrix ze benotzen fir de ganze PIC ze simuléieren, garantéiert net e komplett korrekten Design virun der Stroumplack. Zum Beispill, falsch berechent Wee Längt, multimode waveguides datt net effikass héich-Uerdnung Modi ënnerdrécken, oder zwee waveguides déi ze no bei all aner féieren zu onerwaarte Kopplung Problemer wahrscheinlech ginn onerwaart während Simulatioun. Dofir, obwuel fortgeschratt Simulatiounsinstrumenter mächteg Designvalidatiounsfäegkeeten ubidden, erfuerdert et ëmmer nach en héije Grad vu Vigilance a virsiichteg Inspektioun vum Designer, kombinéiert mat praktescher Erfahrung an technesche Wëssen, fir d'Genauegkeet an Zouverlässegkeet vum Design ze garantéieren an de Risiko vun der Flux Blat.
Eng Technik genannt spatzen FDTD erlaabt 3D an 2D FDTD Simulatioune direkt op engem komplette PIC Design ausgefouert ginn den Design ze validéieren. Och wann et schwéier ass fir all elektromagnéitescht Simulatiounsinstrument e ganz grousse PIC ze simuléieren, ass de spatzen FDTD fäeg eng zimlech grouss lokal Regioun ze simuléieren. Am traditionellen 3D FDTD fänkt d'Simulatioun un andeems déi sechs Komponente vum elektromagnetesche Feld an engem spezifesche quantiséierte Volumen initialiséieren. Wéi d'Zäit weidergeet, gëtt den neie Feldkomponent am Volume berechent, a sou weider. All Schrëtt erfuerdert vill Berechnung, also dauert et laang. Am spatzen 3D FDTD, amplaz vun engem Berechent op all Schrëtt op all Punkt vum Volume, eng Lëscht vun Terrain Komponente erhalen, déi theoretesch zu engem arbiträr grousse Volume entspriechen kann an nëmmen fir dës Komponente berechent ginn. Zu all Zäitschrëtt ginn Punkten nieft Feldkomponenten bäigefüügt, während Feldkomponenten ënner enger gewësser Kraaftschwelle falen. Fir e puer Strukturen kann dës Berechnung e puer Uerderen vun der Gréisst méi séier sinn wéi traditionell 3D FDTD. Wéi och ëmmer, sparse FDTDS Leeschtunge net gutt wann Dir mat dispersive Strukturen handelt, well dëst Zäitfeld ze vill verbreet, wat zu Lëschte resultéiert déi ze laang a schwéier ze verwalten sinn. Figur 1 weist e Beispill Screenshot vun enger 3D FDTD Simulatioun ähnlech zu engem Polariséierungsstrahl Splitter (PBS).
Figur 1: Simulatioun Resultater vun 3D spatzen FDTD. (A) ass eng Top Vue vun der Struktur déi simuléiert gëtt, wat e Richtungskoppler ass. (B) Weist e Screenshot vun enger Simulatioun mat quasi-TE excitation. Déi zwee Diagrammer uewe weisen d'Uewe Vue vun de quasi-TE a quasi-TM Signaler, an déi zwee Diagrammer ënnen weisen déi entspriechend Querschnëttssiicht. (C) Weist e Screenshot vun enger Simulatioun mat quasi-TM Excitatioun.
Post Zäit: Jul-23-2024