Dizajnfotonskiintegrirani krug
Fotonski integrirani krugovi(PIC) često su dizajnirani uz pomoć matematičkih skripti zbog važnosti duljine puta u interferometrima ili drugim aplikacijama koje su osjetljive na duljinu puta.Slikaproizvodi se uzorkom više slojeva (obično 10 do 30) na rezinu, koji se sastoje od mnogih poligonalnih oblika, često predstavljenih u GDSII formatu. Prije nego što pošaljete datoteku proizvođaču fotomaska, snažno je poželjno biti u mogućnosti simulirati PIC kako bi provjerio ispravnost dizajna. Simulacija je podijeljena na više razina: najniža razina je trodimenzionalna elektromagnetska (EM) simulacija, gdje se simulacija izvodi na razini pod-valne duljine, iako se interakcije između atoma u materijalu upravljaju na makroskopskoj skali. Tipične metode uključuju trodimenzionalnu vremensku domenu konačne razlike (3D FDTD) i ekspanziju Eigenmode (EME). Ove su metode najtačnije, ali su nepraktične za cijelo vrijeme simulacije PIC -a. Sljedeća je razina 2,5-dimenzionalna EM simulacija, poput širenja šipke s konačnim razlikama (FD-BPM). Ove su metode mnogo brže, ali žrtvuju određenu točnost i mogu se samo nositi s parakksijalnim širenjem i ne mogu se koristiti za simulaciju rezonatora, na primjer. Sljedeća je razina 2D EM simulacija, kao što su 2D FDTD i 2D BPM. Oni su također brži, ali imaju ograničenu funkcionalnost, poput one ne mogu simulirati rotatore polarizacije. Daljnja razina je simulacija prijenosa i/ili matrice raspršivanja. Svaka glavna komponenta smanjuje se na komponentu s ulaznim i izlazom, a povezani valovod smanjuje se na fazni pomak i prigušivanje. Te su simulacije izuzetno brze. Izlazni signal dobiva se množenjem matrice prijenosa s ulaznim signalom. Matrica raspršivanja (čiji se elementi nazivaju s-parametrima) umnožava ulazne i izlazne signale s jedne strane kako bi pronašli ulazne i izlazne signale s druge strane komponente. U osnovi, matrica raspršivanja sadrži odraz unutar elementa. Matrica raspršivanja obično je dvostruko veća od matrice prijenosa u svakoj dimenziji. Ukratko, od 3D EM do simulacije matrice prijenosa/raspršivanja, svaki sloj simulacije predstavlja kompromis između brzine i točnosti, a dizajneri odabiru pravu razinu simulacije za svoje specifične potrebe za optimiziranjem postupka validacije dizajna.
Međutim, oslanjanje na elektromagnetsku simulaciju određenih elemenata i upotrebu matrice raspršivanja/prijenosa za simulaciju cijele slike ne jamči potpuno ispravan dizajn ispred protočne ploče. Na primjer, pogrešno izračunate duljine puta, multimodne valovode koji ne uspijevaju učinkovito suzbiti načine visokog reda ili dva valovoda koji su preblizu jedan drugom, što dovodi do neočekivanih problema spajanja, vjerojatno će biti neotkriveni tijekom simulacije. Stoga, iako napredni alati za simulaciju pružaju snažne mogućnosti validacije dizajna, i dalje zahtijeva visok stupanj budnosti i pažljivog pregleda dizajnera, u kombinaciji s praktičnim iskustvom i tehničkim znanjem, kako bi se osigurala točnost i pouzdanost dizajna i smanjila rizik od protočnog lista.
Tehnika koja se naziva rijetki FDTD omogućava 3D i 2D FDTD simulacije izravno na cjelovitom PIC dizajnu za provjeru dizajna. Iako je bilo koji alat za elektromagnetsku simulaciju teško simulirati vrlo veliku sliku, rijetki FDTD može simulirati prilično veliko lokalno područje. U tradicionalnom 3D FDTD, simulacija započinje inicijalizacijom šest komponenti elektromagnetskog polja unutar određenog kvantiziranog volumena. Kako vrijeme napreduje, izračunava se nova komponenta polja u volumenu i tako dalje. Svaki korak zahtijeva puno izračuna, pa traje puno vremena. U rijetkom 3D FDTD, umjesto izračunavanja u svakom koraku u svakoj točki volumena, održava se popis komponenti polja koji teoretski može odgovarati proizvoljno velikom volumenu i izračunati samo za te komponente. U svakom vremenskom koraku dodaju se točke uz komponente polja, dok se spuštaju poljske komponente ispod određenog praga snage. Za neke strukture ovo računanje može biti nekoliko reda veličine brže od tradicionalnog 3D FDTD. Međutim, rijetki FDTD -ovi ne djeluju dobro kada se bave disperzivnim strukturama, jer se ovo vrijeme širi previše, što rezultira predužim popisima i teško je upravljati. Slika 1 prikazuje primjer snimke zaslona 3D FDTD simulacije slične razdjelniku polarizacije (PBS).
Slika 1: Simulacija Rezultat iz 3D rijetkog FDTD -a. (A) je gornji pogled na simuliranu strukturu koja je usmjerena spojnica. (B) prikazuje snimku zaslona simulacije pomoću kvazi-te-a pobude. Dva dijagrama iznad prikazuju gornji prikaz kvazi-te i kvazi-TM signala, a dva dijagrama u nastavku prikazuju odgovarajući prikaz presjeka. (C) prikazuje snimku zaslona simulacije pomoću kvazi-TM pobude.
Post Vrijeme: srpanj-23-2024