Дизајнфотонскиинтегрисано коло
Фотонска интегрисана кола(PIC) се често пројектују уз помоћ математичких скрипти због важности дужине путање у интерферометрима или другим апликацијама које су осетљиве на дужину путање.ПИКсе производи наношењем више слојева (обично 10 до 30) на плочицу, који су састављени од многих полигоналних облика, често представљених у GDSII формату. Пре слања датотеке произвођачу фотомаске, веома је пожељно бити у могућности да симулира PIC како би се проверила исправност дизајна. Симулација је подељена на више нивоа: најнижи ниво је тродимензионална електромагнетна (ЕМ) симулација, где се симулација изводи на нивоу испод таласне дужине, иако се интеракције између атома у материјалу обрађују на макроскопској скали. Типичне методе укључују тродимензионалну симулацију коначних разлика у временском домену (3D FDTD) и експанзију сопственог мода (EME). Ове методе су најтачније, али су непрактичне за целокупно време PIC симулације. Следећи ниво је 2,5-димензионална ЕМ симулација, као што је пропагација снопа коначних разлика (FD-BPM). Ове методе су много брже, али жртвују одређену тачност и могу да обраде само параксијално пропагацију и не могу се користити за симулацију резонатора, на пример. Следећи ниво је 2Д ЕМ симулација, као што су 2Д ФДТД и 2Д БПМ. Оне су такође брже, али имају ограничену функционалност, јер не могу да симулирају ротаторе поларизације. Даљи ниво је симулација матрице преноса и/или расејања. Свака главна компонента се своди на компоненту са улазом и излазом, а повезани таласовод се своди на елемент фазног померања и слабљења. Ове симулације су изузетно брзе. Излазни сигнал се добија множењем матрице преноса са улазним сигналом. Матрица расејања (чији се елементи називају С-параметри) множи улазне и излазне сигнале на једној страни да би пронашла улазне и излазне сигнале на другој страни компоненте. У основи, матрица расејања садржи рефлексију унутар елемента. Матрица расејања је обично двоструко већа од матрице преноса у свакој димензији. Укратко, од 3Д ЕМ до симулације матрице преноса/расејања, сваки слој симулације представља компромис између брзине и тачности, а дизајнери бирају прави ниво симулације за своје специфичне потребе како би оптимизовали процес валидације дизајна.
Међутим, ослањање на електромагнетну симулацију одређених елемената и коришћење матрице расејања/преноса за симулацију целог PIC-а не гарантује потпуно исправан дизајн испред проточне плоче. На пример, погрешно израчунате дужине путања, вишемодни таласоводи који не успевају ефикасно да потисну модове вишег реда или два таласовода која су преблизу један другом што доводи до неочекиваних проблема са спрезањем вероватно неће бити откривени током симулације. Стога, иако напредни алати за симулацију пружају моћне могућности валидације дизајна, и даље је потребан висок степен будности и пажљиве инспекције од стране пројектанта, у комбинацији са практичним искуством и техничким знањем, како би се осигурала тачност и поузданост дизајна и смањио ризик од шеме тока.
Техника названа ретка FDTD омогућава директно извођење 3D и 2D FDTD симулација на комплетном PIC дизајну ради валидације дизајна. Иако је тешко за било који алат за електромагнетну симулацију да симулира PIC веома великих размера, ретка FDTD је у стању да симулира прилично велику локалну област. У традиционалној 3D FDTD, симулација почиње иницијализацијом шест компоненти електромагнетног поља унутар одређене квантизоване запремине. Како време пролази, израчунава се нова компонента поља у запремини и тако даље. Сваки корак захтева много прорачуна, па је потребно много времена. У реткој 3D FDTD, уместо израчунавања у сваком кораку у свакој тачки запремине, одржава се листа компоненти поља које теоретски могу одговарати произвољно великој запремини и израчунати се само за те компоненте. У сваком временском кораку, додају се тачке суседне компонентама поља, док се компоненте поља испод одређеног прага снаге одбацују. За неке структуре, ово израчунавање може бити неколико редова величине брже од традиционалне 3D FDTD. Међутим, ретке FDTDS симулације не показују добре резултате када се ради са дисперзивним структурама јер се ово временски поље превише шири, што резултира листама које су предуге и тешке за управљање. Слика 1 приказује пример снимка екрана 3D FDTD симулације сличне поларизационом разделитељу снопа (PBS).
Слика 1: Резултати симулације из 3Д ретког FDTD-а. (А) је поглед одозго на структуру која се симулира, која је усмерени спрежник. (Б) Приказује снимак екрана симулације коришћењем квази-ТЕ побуде. Два дијаграма изнад приказују поглед одозго на квази-ТЕ и квази-ТМ сигнале, а два дијаграма испод приказују одговарајући попречни пресек. (Ц) Приказује снимак екрана симулације коришћењем квази-ТМ побуде.
Време објаве: 23. јул 2024.