Desain sakafotoniksirkuit terpadu
Sirkuit terpadu fotonik(PIC) asring dirancang nganggo bantuan skrip matematika amarga pentinge dawa jalur ing interferometer utawa aplikasi liyane sing sensitif marang dawa jalur.PICdiprodhuksi kanthi nggawe pola pirang-pirang lapisan (biasane 10 nganti 30) ing wafer, sing kasusun saka pirang-pirang bentuk poligonal, sing asring diwakili ing format GDSII. Sadurunge ngirim file menyang pabrikan photomask, luwih becik bisa simulasi PIC kanggo verifikasi benere desain kasebut. Simulasi kasebut dipérang dadi pirang-pirang level: level paling endhek yaiku simulasi elektromagnetik (EM) telung dimensi, ing ngendi simulasi ditindakake ing level sub-panjang gelombang, sanajan interaksi antarane atom ing materi ditangani ing skala makroskopik. Metode khas kalebu domain Wektu beda-terbatas telung dimensi (3D FDTD) lan ekspansi eigenmode (EME). Metode kasebut paling akurat, nanging ora praktis kanggo kabeh wektu simulasi PIC. Level sabanjure yaiku simulasi EM 2,5 dimensi, kayata propagasi sinar beda-terbatas (FD-BPM). Metode kasebut luwih cepet, nanging ngorbanake sawetara akurasi lan mung bisa nangani propagasi paraksial lan ora bisa digunakake kanggo simulasi resonator, contone. Level sabanjure yaiku simulasi EM 2D, kayata 2D FDTD lan 2D BPM. Iki uga luwih cepet, nanging nduweni fungsi winates, kayata ora bisa nyimulasikake rotator polarisasi. Level luwih lanjut yaiku simulasi matriks transmisi lan/utawa hamburan. Saben komponen utama direduksi dadi komponen kanthi input lan output, lan waveguide sing disambungake direduksi dadi elemen pergeseran fase lan atenuasi. Simulasi iki cepet banget. Sinyal output dipikolehi kanthi ngalikan matriks transmisi karo sinyal input. Matriks hamburan (sing unsure diarani parameter-S) ngalikan sinyal input lan output ing sisih siji kanggo nemokake sinyal input lan output ing sisih liyane komponen. Sejatine, matriks hamburan ngemot refleksi ing njero elemen kasebut. Matriks hamburan biasane kaping pindho luwih gedhe tinimbang matriks transmisi ing saben dimensi. Ringkesane, saka EM 3D nganti simulasi matriks transmisi/hamburan, saben lapisan simulasi menehi trade-off antarane kecepatan lan akurasi, lan desainer milih level simulasi sing tepat kanggo kabutuhan khusus kanggo ngoptimalake proses validasi desain.
Nanging, gumantung marang simulasi elektromagnetik saka unsur-unsur tartamtu lan nggunakake matriks hamburan/transfer kanggo simulasi kabeh PIC ora njamin desain sing bener banget ing ngarep pelat aliran. Contone, dawa jalur sing salah itungan, pandu gelombang multimode sing gagal nyegah mode urutan dhuwur kanthi efektif, utawa rong pandu gelombang sing cedhak banget siji liyane sing nyebabake masalah kopling sing ora dikarepke cenderung ora dideteksi sajrone simulasi. Mulane, sanajan alat simulasi canggih nyedhiyakake kemampuan validasi desain sing kuat, isih mbutuhake tingkat kewaspadaan sing dhuwur lan inspeksi sing ati-ati dening desainer, digabungake karo pengalaman praktis lan kawruh teknis, kanggo njamin akurasi lan linuwih desain lan nyuda risiko lembar aliran.
Teknik sing diarani sparse FDTD ngidini simulasi FDTD 3D lan 2D ditindakake langsung ing desain PIC lengkap kanggo validasi desain kasebut. Sanajan angel kanggo alat simulasi elektromagnetik kanggo simulasi PIC skala gedhe banget, FDTD sparse bisa simulasi area lokal sing cukup gedhe. Ing FDTD 3D tradisional, simulasi diwiwiti kanthi nginisialisasi enem komponen medan elektromagnetik ing volume kuantisasi tartamtu. Nalika wektu saya suwe, komponen medan anyar ing volume diitung, lan sateruse. Saben langkah mbutuhake akeh pitungan, mula butuh wektu sing suwe. Ing FDTD 3D sparse, tinimbang ngetung ing saben langkah ing saben titik volume, dhaptar komponen medan dijaga sing sacara teoritis bisa cocog karo volume sing gedhe banget lan diitung mung kanggo komponen kasebut. Ing saben langkah wektu, titik-titik sing jejer karo komponen medan ditambahake, dene komponen medan ing ngisor ambang daya tartamtu dibuwang. Kanggo sawetara struktur, komputasi iki bisa pirang-pirang urutan gedhene luwih cepet tinimbang FDTD 3D tradisional. Nanging, FDTDS sing jarang ora bisa digunakake kanthi apik nalika nangani struktur dispersif amarga medan wektu iki nyebar kakehan, sing nyebabake dhaptar sing dawa banget lan angel dikelola. Gambar 1 nuduhake conto gambar layar simulasi FDTD 3D sing padha karo polarization beam splitter (PBS).
Gambar 1: Asil simulasi saka FDTD sparse 3D. (A) minangka tampilan ndhuwur saka struktur sing lagi disimulasikake, yaiku coupler directional. (B) Nuduhake gambar layar simulasi nggunakake eksitasi quasi-TE. Rong diagram ing ndhuwur nuduhake tampilan ndhuwur saka sinyal quasi-TE lan quasi-TM, lan rong diagram ing ngisor iki nuduhake tampilan cross-sectional sing cocog. (C) Nuduhake gambar layar simulasi nggunakake eksitasi quasi-TM.
Wektu kiriman: 23 Juli 2024