Disenyo saphotonicintegrated circuit
Photonic integrated circuits(PIC) sagad gidisenyo uban sa tabang sa mga mathematical scripts tungod sa kamahinungdanon sa gitas-on sa agianan sa mga interferometer o uban pang mga aplikasyon nga sensitibo sa gitas-on sa agianan.PICgihimo pinaagi sa pag-patter sa daghang mga sapaw (kasagaran 10 hangtod 30) sa usa ka wafer, nga gilangkuban sa daghang mga polygonal nga porma, kanunay nga girepresentar sa format nga GDSII. Sa wala pa ipadala ang file sa taghimo sa photomask, labi nga gitinguha nga ma-simulate ang PIC aron mapamatud-an ang katukma sa disenyo. Ang simulation gibahin sa daghang lebel: ang pinakaubos nga lebel mao ang three-dimensional electromagnetic (EM) simulation, diin ang simulation gihimo sa sub-wavelength nga lebel, 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 sa tibuok PIC simulation time. Ang sunod nga lebel mao ang 2.5-dimensional nga EM simulation, sama sa finite-difference beam propagation (FD-BPM). Kini nga mga pamaagi mas paspas, apan isakripisyo ang pipila ka tukma ug mahimo lamang nga pagdumala 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 usab mas paspas, apan adunay limitado nga pagpaandar, sama sa dili sila makasundog sa mga rotator sa polarization. Ang dugang nga lebel mao ang transmission ug/o scattering matrix simulation. Ang matag mayor nga component gikunhoran ngadto sa usa ka component nga adunay input ug output, ug ang konektado nga waveguide gikunhoran ngadto sa usa ka phase shift ug attenuation nga elemento. Kini nga mga simulation kusog kaayo. Ang output signal makuha pinaagi sa pagpadaghan sa transmission matrix sa input signal. Ang scattering matrix (kansang mga elemento gitawag nga S-parameters) nagpadaghan sa input ug output signal sa usa ka kilid aron makit-an ang input ug output signal sa pikas bahin sa component. Sa panguna, ang scattering matrix naglangkob sa pagpamalandong sa sulod sa elemento. Ang scattering matrix kasagarang doble ang kadako sa transmission matrix sa matag dimensyon. Sa katingbanan, gikan sa 3D EM hangtod sa transmission / scattering matrix simulation, ang matag layer sa simulation nagpresentar sa usa ka trade-off tali sa katulin ug katukma, ug gipili sa mga tigdesinyo ang husto nga lebel sa simulation alang sa ilang piho nga mga panginahanglanon aron ma-optimize ang proseso sa pag-validate sa disenyo.
Bisan pa, ang pagsalig sa electromagnetic simulation sa pipila nga mga elemento ug paggamit sa usa ka scattering / transfer matrix aron ma-simulate ang tibuuk nga PIC dili garantiya sa usa ka hingpit nga husto nga disenyo sa atubangan sa flow plate. Pananglitan, ang sayop nga pagkalkula sa mga gitas-on sa agianan, multimode waveguides nga mapakyas sa epektibong pagsumpo sa mga high-order mode, o duha ka waveguides nga duol 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 nga mga himan sa simulation naghatag og gamhanan nga mga kapabilidad sa pag-validate sa disenyo, nagkinahanglan gihapon kini og taas nga lebel sa pagkamabinantayon ug mabinantayon nga pagsusi 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.
Ang usa ka teknik nga gitawag ug sparse FDTD nagtugot sa 3D ug 2D FDTD nga mga simulation nga direktang ipahigayon sa usa ka kompletong PIC nga disenyo aron ma-validate ang disenyo. Bisan kung lisud alang sa bisan unsang himan nga electromagnetic simulation nga mag-simulate sa usa ka dako kaayo nga PIC, ang gamay nga FDTD makahimo sa pagsundog 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. Sa pag-uswag sa panahon, ang bag-ong bahin sa field sa volume gikalkula, ug uban pa. Ang matag lakang nanginahanglan daghang kalkulasyon, mao nga dugay kini. Sa ubay-ubay nga 3D FDTD, imbes nga kalkulahon ang matag lakang sa matag punto sa volume, usa ka lista sa mga sangkap sa uma ang gipadayon nga mahimo nga theoretically katumbas sa usa ka arbitraryong dako nga volume ug kalkulado lamang alang sa mga sangkap. Sa matag lakang sa oras, ang mga punto nga kasikbit sa mga sangkap sa uma gidugang, samtang ang mga sangkap sa uma sa ubos sa usa ka piho nga sukaranan sa kuryente gihulog. Alang sa pipila nga mga istruktura, kini nga pagkalkula mahimo nga daghang mga order sa kadako nga mas paspas kaysa tradisyonal nga 3D FDTD. Bisan pa, ang mga gamay nga FDTDS dili maayo kung mag-atubang sa nagkatibulaag nga mga istruktura tungod kay niining panahona ang field mikaylap pag-ayo, nga miresulta sa mga listahan nga taas kaayo ug lisud pagdumala. Ang Figure 1 nagpakita sa usa ka pananglitan nga screenshot sa usa ka 3D FDTD simulation susama sa usa ka polarization beam splitter (PBS).
Figure 1: Mga resulta sa simulation gikan sa 3D sparse FDTD. Ang (A) usa ka taas nga pagtan-aw sa istruktura nga gi-simulate, nga usa ka direksyon nga coupler. (B) Nagpakita og screenshot sa usa ka simulation gamit ang quasi-TE excitation. Ang duha ka diagram sa ibabaw nagpakita sa ibabaw nga panglantaw sa quasi-TE ug quasi-TM nga mga signal, ug ang duha ka diagram sa ubos nagpakita sa katugbang nga cross-sectional nga panglantaw. (C) Nagpakita ug screenshot sa usa ka simulation gamit ang quasi-TM excitation.
Oras sa pag-post: Hul-23-2024