Disenyo sapotonikointegrated circuit
Mga integrated circuit sa photonicAng mga interferometer (PIC) kasagarang gidisenyo gamit ang tabang sa mga mathematical script tungod sa kahinungdanon sa gitas-on sa agianan sa mga interferometer o uban pang aplikasyon nga sensitibo sa gitas-on sa agianan.PICgihimo pinaagi sa pag-pattering sa daghang mga layer (kasagaran 10 hangtod 30) sa usa ka wafer, nga gilangkoban sa daghang mga polygonal nga porma, nga kanunay girepresentahan sa GDSII format. Sa dili pa ipadala ang file sa tiggama sa photomask, maayo kaayo nga ma-simulate ang PIC aron mapamatud-an ang katukma sa disenyo. Ang simulation gibahin sa daghang mga lebel: ang labing ubos nga lebel mao ang three-dimensional electromagnetic (EM) simulation, diin ang simulation gihimo sa lebel sa sub-wavelength, bisan kung ang mga interaksyon tali sa mga atomo sa materyal gidumala sa macroscopic scale. Ang kasagarang mga pamaagi naglakip sa three-dimensional finite-difference Time-domain (3D FDTD) ug eigenmode expansion (EME). Kini nga mga pamaagi mao ang labing tukma, apan dili praktikal alang sa tibuuk nga oras sa simulation sa PIC. Ang sunod nga lebel mao ang 2.5-dimensional EM simulation, sama sa finite-difference beam propagation (FD-BPM). Kini nga mga pamaagi mas paspas, apan nagsakripisyo sa pipila ka katukma ug makadumala lamang sa paraxial propagation ug dili magamit sa pag-simulate sa mga resonator, pananglitan. Ang sunod nga lebel mao ang 2D EM simulation, sama sa 2D FDTD ug 2D BPM. Kini mas paspas usab, apan limitado ang gamit, sama sa dili nila ma-simulate ang polarization rotators. Ang dugang nga lebel mao ang transmission ug/o scattering matrix simulation. Ang matag mayor nga component gipakunhod ngadto sa usa ka component nga adunay input ug output, ug ang konektado nga waveguide gipakunhod ngadto sa phase shift ug attenuation element. Kini nga mga simulation hilabihan ka paspas. Ang output signal makuha pinaagi sa pagpadaghan sa transmission matrix sa input signal. Ang scattering matrix (kansang mga elemento gitawag og S-parameters) nagpadaghan sa input ug output signals sa usa ka kilid aron makit-an ang input ug output signals sa pikas nga kilid sa component. Sa panguna, ang scattering matrix adunay reflection sulod sa elemento. Ang scattering matrix kasagaran doble ang gidak-on kay sa transmission matrix sa matag dimensyon. Sa kinatibuk-an, gikan sa 3D EM ngadto sa transmission/scattering matrix simulation, ang matag layer sa simulation nagpresentar og trade-off tali sa speed ug accuracy, ug ang mga designer nagpili sa husto nga lebel sa simulation para sa ilang piho nga mga panginahanglan aron ma-optimize ang proseso sa design validation.
Apan, ang pagsalig sa electromagnetic simulation sa pipila ka elemento ug paggamit sa scattering/transfer matrix aron sundogon ang tibuok PIC dili garantiya sa hingpit nga saktong disenyo atubangan sa flow plate. Pananglitan, ang sayop nga pagkalkulo sa gitas-on sa agianan, multimode waveguides nga dili epektibong makapugong sa high-order modes, o duha ka waveguides nga duol ra kaayo sa usag usa nga mosangpot sa wala damha nga mga problema sa coupling lagmit nga dili mamatikdan atol sa simulation. Busa, bisan tuod ang mga advanced simulation tools naghatag og gamhanang mga kapabilidad sa design validation, nagkinahanglan gihapon kini og taas nga lebel sa pagbantay ug maampingong inspeksyon sa tigdesinyo, inubanan sa praktikal nga kasinatian ug teknikal nga kahibalo, aron masiguro ang katukma ug kasaligan sa disenyo ug makunhuran ang risgo sa flow sheet.
Usa ka teknik nga gitawag og sparse FDTD ang nagtugot sa 3D ug 2D FDTD simulations nga himuon direkta sa usa ka kompleto nga disenyo sa PIC aron mapamatud-an ang disenyo. Bisan kung lisud alang sa bisan unsang electromagnetic simulation tool ang pag-simulate sa usa ka dako kaayo nga sukod nga PIC, ang sparse FDTD makahimo sa pag-simulate sa usa ka medyo dako nga lokal nga lugar. Sa tradisyonal nga 3D FDTD, ang simulation magsugod pinaagi sa pagsugod sa unom ka mga sangkap sa electromagnetic field sulod sa usa ka piho nga quantized volume. Samtang nagpadayon ang panahon, ang bag-ong sangkap sa field sa volume gikalkulo, ug uban pa. Ang matag lakang nanginahanglan daghang kalkulasyon, mao nga kini molungtad og dugay. Sa sparse 3D FDTD, imbes nga makalkulo sa matag lakang sa matag punto sa volume, usa ka lista sa mga sangkap sa field ang gipadayon nga sa teorya mahimong katumbas sa usa ka arbitraryo nga dako nga volume ug makalkulo lamang alang sa mga sangkap. Sa matag lakang sa oras, ang mga punto nga kasikbit sa mga sangkap sa field gidugang, samtang ang mga sangkap sa field nga ubos sa usa ka piho nga power threshold gihulog. Alang sa pipila ka mga istruktura, kini nga kalkulasyon mahimong daghang mga order sa magnitude nga mas paspas kaysa tradisyonal nga 3D FDTD. Apan, ang sparse FDTDS dili maayo mo-perform kon mogamit og dispersive structures kay kini nga time field mokatap og sobra, nga moresulta sa mga listahan nga taas kaayo ug lisod dumalahon. Ang Figure 1 nagpakita og ehemplo sa screenshot sa usa ka 3D FDTD simulation nga susama sa polarization beam splitter (PBS).
Hulagway 1: Mga resulta sa simulasyon gikan sa 3D sparse FDTD. Ang (A) usa ka top view sa istruktura nga gisimulate, nga usa ka directional coupler. (B) Nagpakita og screenshot sa usa ka simulation gamit ang quasi-TE excitation. Ang duha ka diagram sa ibabaw nagpakita sa top view sa quasi-TE ug quasi-TM signals, ug ang duha ka diagram sa ubos nagpakita sa katugbang nga cross-sectional view. (C) Nagpakita og screenshot sa usa ka simulation gamit ang quasi-TM excitation.
Oras sa pag-post: Hulyo-23-2024