Дизајн оффотонскиинтегрисано коло
Фотонска интегрисана кола(ПИЦ) се често дизајнирају уз помоћ математичких скрипти због важности дужине путање у интерферометрима или другим апликацијама које су осетљиве на дужину путање.ПИЦсе производи наношењем више слојева (обично 10 до 30) на плочици, који се састоје од многих полигоналних облика, често представљених у ГДСИИ формату. Пре него што пошаљете датотеку произвођачу фотомаске, веома је пожељно да можете да симулирате ПИЦ да бисте проверили исправност дизајна. Симулација је подељена на више нивоа: најнижи ниво је тродимензионална електромагнетна (ЕМ) симулација, где се симулација изводи на нивоу подталасне дужине, иако се интеракције између атома у материјалу обрађују на макроскопској скали. Типичне методе укључују тродимензионални временски домен са коначним разликама (3Д ФДТД) и проширење сопственог мода (ЕМЕ). Ове методе су најтачније, али су непрактичне за читаво време ПИЦ симулације. Следећи ниво је 2,5-димензионална ЕМ симулација, као што је ширење зрака са коначним разликама (ФД-БПМ). Ове методе су много брже, али жртвују одређену прецизност и могу да се носе само са параксијалним ширењем и не могу се користити за симулацију резонатора, на пример. Следећи ниво је 2Д ЕМ симулација, као што су 2Д ФДТД и 2Д БПМ. Они су такође бржи, али имају ограничену функционалност, као што не могу да симулирају поларизационе ротаторе. Следећи 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 фазни помак и елемент за слабљење. 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 дупло већа од трансмисионе матрице 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 да оптимизују процес валидације дизајна.
Међутим, ослањање на електромагнетну симулацију одређених елемената и коришћење матрице расејања/трансфера за симулацију целог ПИЦ-а не гарантује потпуно исправан дизајн испред плоче протока. На пример, погрешно израчунате дужине путање, мултимодни таласоводи који не успевају да ефикасно потисну модове високог реда, или два таласовода који су преблизу један другом што доводи до неочекиваних проблема са спајањем, вероватно ће остати неоткривени током симулације. Стога, иако напредни алати за симулацију пружају моћне могућности валидације дизајна, ипак захтевају висок степен будности и пажљиве инспекције од стране дизајнера, у комбинацији са практичним искуством и техничким знањем, како би се осигурала тачност и поузданост дизајна и смањио ризик од токовни лист.
Техника која се зове ретки ФДТД омогућава да се 3Д и 2Д ФДТД симулације изводе директно на комплетном ПИЦ дизајну ради валидације дизајна. Иако је за било који алат за електромагнетну симулацију тешко да симулира ПИЦ веома великог обима, ретки ФДТД је у стању да симулира прилично велико локално подручје. У традиционалном 3Д ФДТД, симулација почиње иницијализацијом шест компоненти електромагнетног поља унутар одређене квантизоване запремине. Како време напредује, израчунава се нова компонента поља у запремини, итд. Сваки корак захтева много прорачуна, па је потребно много времена. У ретким 3Д ФДТД, уместо израчунавања на сваком кораку у свакој тачки запремине, одржава се листа компоненти поља које теоретски могу да одговарају произвољно великој запремини и да се израчунавају само за те компоненте. У сваком временском кораку додају се тачке поред компоненти поља, док се компоненте поља испод одређеног прага снаге испуштају. За неке структуре, ово израчунавање може бити неколико редова величине брже од традиционалног 3Д ФДТД. Међутим, ретки ФДТДС не раде добро када се баве дисперзивним структурама јер се ово временско поље превише шири, што резултира листама које су предугачке и којима је тешко управљати. Слика 1 приказује пример снимка екрана 3Д ФДТД симулације сличне поларизационом разделнику снопа (ПБС).
Слика 1: Резултати симулације из 3Д ретке ФДТД. (А) је поглед одозго на структуру која се симулира, а која је усмерена спојница. (Б) Приказује снимак екрана симулације која користи квази-ТЕ побуду. Два горња дијаграма приказују поглед одозго на квази-ТЕ и квази-ТМ сигнале, а два дијаграма испод показују одговарајући приказ попречног пресека. (Ц) Приказује снимак екрана симулације која користи квази-ТМ побуду.
Пост тиме: Јул-23-2024