Desain sakafotoniksirkuit terpadu
Sirkuit terpadu fotonik(PIC) asring dirancang kanthi bantuan skrip matematika amarga pentinge dawa path ing interferometer utawa aplikasi liyane sing sensitif marang dawa path.PICdiprodhuksi dening pattering sawetara lapisan (biasane 10 kanggo 30) ing wafer, kang dumadi saka akeh wangun polygonal, asring dituduhake ing format GDSII. Sadurunge ngirim file menyang pabrikan photomask, iku banget seng di pengeni kanggo bisa simulasi PIC kanggo verifikasi bener saka desain. Simulasi dipérang dadi pirang-pirang tingkat: tingkat paling ngisor yaiku simulasi elektromagnetik (EM) telung dimensi, ing ngendi simulasi ditindakake ing tingkat sub-panjang gelombang, sanajan interaksi antarane atom ing materi ditangani ing skala makroskopik. Cara khas kalebu telung dimensi wates-prabédan Wektu-domain (3D FDTD) lan expansion eigenmode (EME). Cara iki paling akurat, nanging ora praktis kanggo kabeh wektu simulasi PIC. Tingkat sabanjure yaiku simulasi EM 2.5-dimensi, kayata propagasi sinar beda-terhingga (FD-BPM). Cara iki luwih cepet, nanging kurban sawetara akurasi lan mung bisa nangani propagasi paraxial lan ora bisa digunakake kanggo simulasi resonator, contone,. Tingkat sabanjure yaiku simulasi 2D EM, kayata 2D FDTD lan 2D BPM. Iki uga luwih cepet, nanging nduweni fungsi winates, kayata padha ora bisa simulasi rotator polarisasi. Tingkat luwih lanjut yaiku simulasi matriks transmisi lan / utawa nyebarake. Saben komponèn utama wis suda kanggo komponen karo input lan output, lan waveguide disambungake suda kanggo shift phase lan unsur atenuasi. simulasi iki arang banget cepet. Sinyal output dipikolehi kanthi nikelake matriks transmisi kanthi sinyal input. Matriks scattering (sing unsur disebut S-parameter) multiplies sinyal input lan output ing sisih siji kanggo nemokake sinyal input lan output ing sisih liyane komponen. Sejatine, matriks scattering ngemot bayangan ing njero unsur. Matriks panyebaran biasane kaping pindho luwih gedhe tinimbang matriks transmisi ing saben dimensi. Ing ringkesan, saka 3D EM kanggo transmisi / scattering simulasi matriks, saben lapisan saka simulasi presents trade-off antarane kacepetan lan akurasi, lan perancang milih tingkat tengen simulasi kanggo kabutuhan tartamtu kanggo ngoptimalake proses validasi desain.
Nanging, gumantung ing simulasi elektromagnetik unsur tartamtu lan nggunakake buyar / transfer matriks kanggo simulasi kabeh PIC ora njamin desain rampung bener ing ngarepe piring aliran. Contone, dawa path salah ngitung, waveguides multimode sing gagal kanggo èfèktif nyuda mode dhuwur-urutan, utawa loro waveguides sing cedhak banget kanggo saben liyane mimpin kanggo masalah kopling sing ora dikarepke kamungkinan kanggo pindhah ora dideteksi sak simulasi. Mulane, sanajan alat simulasi canggih nyedhiyakake kemampuan validasi desain sing kuat, nanging isih mbutuhake tingkat kewaspadaan sing dhuwur lan pengawasan sing ati-ati dening desainer, digabungake karo pengalaman praktis lan kawruh teknis, kanggo njamin akurasi lan linuwih desain lan nyuda resiko. lembaran alur.
A technique disebut jarang FDTD ngidini simulasi 3D lan 2D FDTD dileksanakake langsung ing desain PIC lengkap kanggo validasi desain. Sanajan angel kanggo alat simulasi elektromagnetik kanggo simulasi skala PIC sing gedhe banget, FDTD sing jarang bisa simulasi wilayah lokal sing cukup gedhe. Ing FDTD 3D tradisional, simulasi diwiwiti kanthi miwiti enem komponen medan elektromagnetik ing volume kuantitatif tartamtu. Minangka wektu maju, komponen lapangan anyar ing volume diitung, lan liya-liyane. Saben langkah mbutuhake akeh petungan, mula butuh wektu sing suwe. Ing FDTD 3D jarang, tinimbang ngetung ing saben langkah ing saben titik volume, dhaftar komponen lapangan maintained sing miturut teori bisa cocog karo volume arbitrarily gedhe lan diwilang mung kanggo komponen sing. Ing saben langkah wektu, titik jejer kanggo komponen lapangan ditambahake, nalika komponen lapangan ngisor batesan daya tartamtu sing dropped. Kanggo sawetara struktur, komputasi iki bisa dadi sawetara urutan gedhene luwih cepet tinimbang FDTD 3D tradisional. Nanging, FDTDS jarang ora nindakake kanthi apik nalika nangani struktur dispersif amarga lapangan wektu iki nyebar banget, nyebabake dhaptar sing dawa banget lan angel diatur. Gambar 1 nuduhake conto gambar simulasi FDTD 3D sing padha karo splitter sinar polarisasi (PBS).
Gambar 1: Hasil simulasi saka FDTD jarang 3D. (A) minangka tampilan ndhuwur struktur sing disimulasikan, yaiku coupler arah. (B) Nuduhake gambar simulasi nggunakake eksitasi quasi-TE. Rong diagram ing ndhuwur nuduhake tampilan ndhuwur sinyal quasi-TE lan quasi-TM, lan rong diagram ing ngisor iki nuduhake tampilan cross-sectional sing cocog. (C) Nuduhake gambar simulasi nggunakake eksitasi quasi-TM.
Posting wektu: Jul-23-2024