Utformning avfotoniskintegrerad krets
Fotoniska integrerade kretsar(Bild) är ofta utformade med hjälp av matematiska skript på grund av vikten av väglängd i interferometrar eller andra applikationer som är känsliga för banlängden.BILDtillverkas genom att mönster av flera lager (vanligtvis 10 till 30) på en skiva, som består av många polygonala former, ofta representerade i GDSII -formatet. Innan du skickar filen till fotomasktillverkaren är det starkt önskvärt att kunna simulera bilden för att verifiera designens korrekthet. Simuleringen är uppdelad i flera nivåer: den lägsta nivån är den tredimensionella elektromagnetiska (EM) -simuleringen, där simuleringen utförs på undervåglängd, även om interaktioner mellan atomer i materialet hanteras i den makroskopiska skalan. Typiska metoder inkluderar tredimensionell tidsdomän (3D FDTD) och Eigenmode Expansion (EME). Dessa metoder är de mest exakta, men är opraktiska för hela PIC -simuleringstiden. Nästa nivå är 2,5-dimensionell EM-simulering, såsom finit-skillnadsstråleutbredning (FD-BPM). Dessa metoder är mycket snabbare, men uppoffring viss noggrannhet och kan bara hantera paraxial förökning och kan inte användas för att till exempel simulera resonatorer. Nästa nivå är 2D EM -simulering, såsom 2D FDTD och 2D BPM. Dessa är också snabbare, men har begränsad funktionalitet, som de inte kan simulera polarisationsrotatorer. En ytterligare nivå är transmission och/eller spridningsmatris -simulering. Varje huvudkomponent reduceras till en komponent med ingång och utgång, och den anslutna vågledaren reduceras till ett fasförskjutning och dämpningselement. Dessa simuleringar är extremt snabba. Utgångssignalen erhålls genom att multiplicera transmissionsmatrisen med insignalen. Spridningsmatrisen (vars element kallas S-parametrar) multiplicerar inmatnings- och utgångssignalerna på ena sidan för att hitta inmatnings- och utgångssignalerna på andra sidan komponenten. I grund och botten innehåller spridningsmatrisen reflektionen inuti elementet. Spridningsmatrisen är vanligtvis dubbelt så stor som transmissionsmatrisen i varje dimension. Sammanfattningsvis, från 3D EM till transmission/spridningsmatris-simulering, presenterar varje simuleringsskikt en avvägning mellan hastighet och noggrannhet, och designers väljer rätt simuleringsnivå för deras specifika behov för att optimera designvalideringsprocessen.
Att förlita sig på elektromagnetisk simulering av vissa element och använda en spridnings-/överföringsmatris för att simulera hela PIC garanterar inte en helt korrekt design framför flödesplattan. Till exempel, felberäknade väglängder, multimodvågledare som inte effektivt undertrycker högordningslägen, eller två vågledare som är för nära varandra som leder till oväntade kopplingsproblem kommer sannolikt att bli oupptäckta under simulering. Även om avancerade simuleringsverktyg tillhandahåller kraftfulla designvalideringsfunktioner, kräver det fortfarande en hög grad av vaksamhet och noggrann inspektion av designern, i kombination med praktisk erfarenhet och teknisk kunskap, för att säkerställa riktigheten och tillförlitligheten för designen och minska risken för flödesbladet.
En teknik som kallas Sparse FDTD tillåter 3D och 2D FDTD -simuleringar att utföras direkt på en komplett bilddesign för att validera designen. Även om det är svårt för något elektromagnetiskt simuleringsverktyg att simulera en mycket stor skala, kan den glesa FDTD simulera ett ganska stort lokalt område. I traditionell 3D FDTD börjar simuleringen med att initialisera de sex komponenterna i det elektromagnetiska fältet inom en specifik kvantiserad volym. När tiden fortskrider beräknas den nya fältkomponenten i volymen och så vidare. Varje steg kräver mycket beräkning, så det tar lång tid. I Sparse 3D FDTD, istället för att beräkna vid varje steg vid varje punkt i volymen, upprätthålls en lista över fältkomponenter som teoretiskt kan motsvara en godtycklig stor volym och beräknas endast för dessa komponenter. Vid varje tidssteg läggs punkter intill fältkomponenter, medan fältkomponenter under en viss krafttröskel tappas. För vissa strukturer kan denna beräkning vara flera storleksordningar snabbare än traditionell 3D FDTD. Sparse FDTD: er fungerar emellertid inte bra när man hanterar spridande strukturer eftersom denna tidsfält sprider sig för mycket, vilket resulterar i listor som är för långa och svåra att hantera. Figur 1 visar ett exempel på skärmdump av en 3D -FDTD -simulering som liknar en polarisationsstråldelare (PBS).
Bild 1: Simuleringsresultat från 3D Sparse FDTD. (A) är en toppvy av strukturen som simuleras, vilket är en riktningskopplare. (B) visar en skärmdump av en simulering med kvasi-te-excitation. De två diagrammen ovan visar toppvyen på kvasi-te och kvasi-TM-signaler, och de två diagrammen nedan visar motsvarande tvärsnittsvy. (C) visar en skärmdump av en simulering med kvasi-TM-excitation.
Posttid: jul-23-2024