ДизайнфотоннийІнтегрована схема
Фотонні інтегровані схеми(PIC) часто розробляються за допомогою математичних сценаріїв через важливість довжини шляху в інтерферометрах або інших додатках, чутливих до довжини шляху.Рисвиготовляється шляхом малювання декількох шарів (як правило, від 10 до 30) на пластині, які складаються з багатьох багатокутних форм, часто представлених у форматі GDSII. Перш ніж надсилати файл виробнику Photomask, дуже бажано мати можливість імітувати PIC, щоб перевірити правильність конструкції. Моделювання поділяється на декілька рівнів: найнижчий рівень-це тривимірне електромагнітне (ЕМ) моделювання, де моделювання проводиться на рівні довжини хвилі, хоча взаємодія між атомами в матеріалі обробляється в макроскопічній шкалі. Типові методи включають тривимірну часову область кінцевої різниці (3D FDTD) та розширення власного моду (EME). Ці методи є найбільш точними, але недоцільні протягом усього часу моделювання PIC. Наступний рівень-2,5-мірне моделювання ЕМ, наприклад, розповсюдження променя кінцевої різниці (FD-BPM). Ці методи набагато швидші, але жертвують певною точністю і можуть обробляти лише параксіальне поширення і не можуть бути використані для імітації резонаторів, наприклад. Наступний рівень - це моделювання 2D ЕМ, наприклад, 2D FDTD та 2D BPM. Вони також швидше, але мають обмежену функціональність, наприклад, вони не можуть імітувати поляризаційні ротатори. Подальший рівень - це моделювання матриць передачі та/або розсіювання. Кожен головний компонент зводиться до компонента з входом та виходом, а підключений хвилевод зводиться до фазового зсуву та елемента ослаблення. Ці моделювання надзвичайно швидкі. Вихідний сигнал отримують шляхом множення матриці передачі на вхідний сигнал. Матриця розсіювання (елементи якої називаються S-Parameters) помножують вхідні та вихідні сигнали з одного боку, щоб знайти вхідні та вихідні сигнали з іншого боку компонента. В основному, матриця розсіювання містить відображення всередині елемента. Матриця розсіювання зазвичай вдвічі більша, ніж матриця передачі у кожному вимірі. Підсумовуючи, від 3D ЕМ до моделювання матриці передачі/розсіювання, кожен шар моделювання представляє компроміс між швидкістю та точністю, а дизайнери вибирають правильний рівень моделювання для їх конкретних потреб для оптимізації процесу перевірки проектування.
Однак, покладаючись на електромагнітне моделювання певних елементів та використання матриці розсіювання/передачі для імітації всього малюнка, не гарантує абсолютно правильної конструкції перед потоковою пластиною. Наприклад, прораховані довжини шляху, мультимодні хвилеводи, які не вдається ефективно придушити режими високого порядку, або два хвилеводи, які занадто близькі один до одного, що призводить до несподіваних проблем з з'єднанням, ймовірно, не виявляться під час моделювання. Тому, хоча вдосконалені інструменти моделювання забезпечують потужні можливості перевірки дизайну, це все ще вимагає високого ступеня пильності та ретельного огляду дизайнера в поєднанні з практичним досвідом та технічними знаннями, щоб забезпечити точність та надійність дизайну та зменшити ризик потоку.
Методика під назвою Sparse FDTD дозволяє виконувати моделювання 3D та 2D FDTD безпосередньо на повному дизайні PIC для підтвердження дизайну. Хоча будь -якому електромагнітному інструменту моделювання важко імітувати дуже масштабну картину, рідкий FDTD здатний імітувати досить велику місцеву зону. У традиційному 3D FDTD моделювання починається з ініціалізації шести компонентів електромагнітного поля в певному квантованому об'ємі. З плином часу обчислюється новий компонент поля в обсязі тощо. Кожен крок вимагає багато розрахунків, тому це займає багато часу. У рідкісному 3D FDTD, замість обчислення на кожному кроці на кожній точці об'єму, підтримується перелік компонентів поля, який теоретично може відповідати довільно великому обсягу та обчислюватися лише для цих компонентів. На кожному етапі часу додаються точки, що прилягають до компонентів поля, тоді як компоненти поля нижче певного порогу потужності відкидаються. Для деяких структур це обчислення може бути на кілька порядків швидше, ніж традиційний 3D FDTD. Однак рідкісні FDTD не працюють добре при роботі з дисперсійними структурами, оскільки це поле часу поширюється занадто сильно, в результаті чого списки, які занадто довгі і важко керувати. На малюнку 1 показаний приклад скріншота 3D -моделювання FDTD, подібного до розщеплення променя поляризації (PBS).
Рисунок 1: Результати моделювання від 3D -розрідженого FDTD. (A) - це вид на конструкцію, що імітується, що є спрямованою муфтою. (B) показує скріншот моделювання за допомогою Quasi-TE збудження. Два діаграми вище показують верхній вигляд сигналів квазі-те та квазі-ТМ, а дві діаграми нижче показують відповідний вид поперечного перерізу. (C) показує скріншот моделювання за допомогою Quasi-TM збудження.
Час посади: 23-2024