DesignPhotonicintegrovaný obvod
Fotonické integrované obvody(PIC) jsou často navrženy pomocí matematických skriptů z důvodu důležitosti délky cesty v interferometrech nebo jiných aplikacích, které jsou citlivé na délku cesty.Picje vyroben prasknutím více vrstev (obvykle 10 až 30) na oplatku, která se skládá z mnoha polygonálních tvarů, často reprezentovaných ve formátu GDSII. Před odesláním souboru výrobci Photomask je silně žádoucí simulovat PIC pro ověření správnosti návrhu. Simulace je rozdělena do více úrovní: nejnižší úroveň je trojrozměrná elektromagnetická (EM) simulace, kde je simulace prováděna na úrovni sub vlnové délky, ačkoli interakce mezi atomy v materiálu jsou zpracovány v makroskopickém měřítku. Mezi typické metody patří trojrozměrná konečná diferenční časová doména (3D FDTD) a expanze EigenMode (EME). Tyto metody jsou nejpřesnější, ale jsou nepraktické po celou dobu simulace PIC. Další úroveň je 2,5-dimenzionální simulace EM, jako je šíření konečného difference (FD-bpm). Tyto metody jsou mnohem rychlejší, ale obětují určitou přesnost a mohou zvládnout pouze paraxiální šíření a nelze je například použít k simulaci rezonátorů. Další úroveň je simulace 2D EM, jako je 2D FDTD a 2D bpm. Jsou také rychlejší, ale mají omezenou funkčnost, jako jsou, že nemohou simulovat polarizační rotátory. Další úroveň je simulace přenosu a/nebo rozptylu. Každá hlavní složka je redukována na komponentu se vstupem a výstupem a připojený vlnovod je redukován na fázový posun a útlum. Tyto simulace jsou extrémně rychlé. Výstupní signál je získán vynásobením přenosové matice vstupním signálem. Matrice rozptylu (jejichž prvky se nazývají S-Parametry) znásobí vstupní a výstupní signály na jedné straně, aby našli vstupní a výstupní signály na druhé straně komponenty. V zásadě matice rozptylu obsahuje odraz uvnitř prvku. Matrice rozptylu je obvykle dvakrát větší než přenosová matrice v každé dimenzi. Stručně řečeno, od 3D EM po simulaci matice přenosu/rozptylu, každá vrstva simulace představuje kompromis mezi rychlostí a přesností a návrháři zvolí správnou úroveň simulace pro jejich specifické potřeby k optimalizaci procesu validace návrhu.
Spoléhání se na elektromagnetickou simulaci některých prvků a použití matice rozptylu/přenosu pro simulaci celého obrázku však nezaručuje zcela správný design před průtokovou deskou. Například nesprávně vypočítané délky cesty, multimodové vlnovody, které nedokážou účinně potlačovat režimy vysokého řádu, nebo dva vlnovody, které jsou příliš blízko k sobě, což vede k neočekávaným problémům s vazbou, se během simulace pravděpodobně nezjistí. Proto, ačkoli pokročilé simulační nástroje poskytují výkonné schopnosti ověřování designu, stále vyžaduje vysokou míru bdělosti a pečlivou kontrolu návrháře, kombinované s praktickými zkušenostmi a technickými znalostmi, aby byla zajištěna přesnost a spolehlivost návrhu a snížila riziko průtokového listu.
Technika zvaná Sparse FDTD umožňuje provádění simulací 3D a 2D FDTD přímo na kompletním návrhu PIC pro ověření návrhu. Ačkoli je obtížné pro jakýkoli elektromagnetický simulační nástroj pro simulaci velmi rozsáhlého obrázku, řídká FDTD je schopna simulovat poměrně velkou místní oblast. V tradičním 3D FDTD začíná simulace inicializací šesti složek elektromagnetického pole v konkrétním kvantizovaném objemu. Postupem času se vypočítá nová složka pole v objemu. Každý krok vyžaduje hodně výpočtu, takže to trvá dlouho. V řídce 3D FDTD, namísto výpočtu v každém kroku v každém bodě objemu, je zachován seznam polních komponent, který může teoreticky odpovídat libovolně velkému objemu a být vypočítán pouze pro tyto komponenty. V každém časovém kroku jsou přidány body sousedící s komponenty pole, zatímco komponenty pole pod určitým prahem výkonu jsou upuštěny. U některých struktur může být tento výpočet o několik řádů rychlejší než tradiční 3D FDTD. Při řešení disperzních struktur však nefungují řídké FDTD, protože tentokrát se šíří příliš mnoho, což má za následek příliš dlouhé a obtížné zvládnout. Obrázek 1 ukazuje příklad obrazovky simulace 3D FDTD podobné polarizačnímu paprsku (PBS).
Obrázek 1: Výsledky simulace z 3D Sparse FDTD. (A) Je to nejlepší pohled na simulovanou strukturu, což je směrový spojku. (B) ukazuje snímek simulace pomocí excitace kvazi-te. Dva výše uvedené diagramy ukazují nejvyšší pohled na signály kvazi-te a kvazi-TM a dva níže uvedené diagramy ukazují odpovídající průřezový pohled. (C) ukazuje snímek simulace pomocí excitace kvazi-TM.
Čas příspěvku: 23-2024