Disegnu difotonicucircuit integratu
Circuiti integrati fotonici(PIC) sò spessu cuncepiti cù l'aiutu di script matematichi per l'impurtanza di a lunghezza di a strada in interferometri o altre applicazioni chì sò sensittivi à a lunghezza di a strada.PIChè fabbricatu da pattering multiple strati (tipicamenti 10 à 30) nantu à una wafer, chì sò cumposti da parechje forme poligonali, spessu rapprisintati in u formatu GDSII. Prima di mandà u schedariu à u fabricatore di fotomask, hè assai desideratu di pudè simule u PIC per verificà a correttezza di u disignu. A simulazione hè divisa in parechji livelli: u livellu più bassu hè a simulazione elettromagnetica tridimensionale (EM), induve a simulazione hè realizata à u livellu sub-lunghezza d'onda, anche se l'interazzione trà l'atomi in u materiale sò trattati à a scala macroscòpica. I metudi tipici includenu u duminiu di u tempu tridimensionale di diffarenza finita (3D FDTD) è l'espansione di eigenmode (EME). Questi metudi sò i più precisi, ma sò impraticati per tuttu u tempu di simulazione PIC. U prossimu livellu hè a simulazione EM 2.5-dimensionale, cum'è a propagazione di fasciu di diffarenza finita (FD-BPM). Questi metudi sò assai più veloci, ma sacrificanu una certa precisione è ponu solu gestisce a propagazione paraxiale è ùn ponu micca esse aduprati per simule i resonatori, per esempiu. U prossimu livellu hè a simulazione 2D EM, cum'è 2D FDTD è 2D BPM. Questi sò ancu più veloci, ma anu una funziunalità limitata, cum'è ùn ponu micca simule i rotatori di polarizazione. Un altru livellu hè a simulazione di a matrice di trasmissione è / o scattering. Ogni cumpunente maiò hè ridutta à un cumpunente cù input è output, è a guida d'onda cunnessa hè ridutta à un elementu di sfasamentu è attenuazione. Queste simulazioni sò estremamente veloci. U signale di output hè ottenutu multiplicendu a matrice di trasmissione da u signale di input. A matrice di scattering (chì l'elementi sò chjamati S-parameters) multiplica i signali di input è output da una parte per truvà i signali di input è output in l'altra parte di u cumpunente. In fondu, a matrice di scattering cuntene a riflessione in l'elementu. A matrice di scattering hè di solitu duie volte più grande di a matrice di trasmissione in ogni dimensione. In riassuntu, da 3D EM à a simulazione di a matrice di trasmissione / scattering, ogni stratu di simulazione presenta un scambiu trà a velocità è a precisione, è i diseggiani sceglienu u livellu di simulazione ghjustu per i so bisogni specifichi per ottimisà u prucessu di validazione di u disignu.
Tuttavia, s'appoghjanu nantu à a simulazione elettromagnetica di certi elementi è aduprendu una matrice di scattering / trasferimentu per simulà tuttu u PIC ùn guarantisci micca un disignu cumplettamente currettu davanti à u pianu di flussu. Per esempiu, lunghezze di percorsu miscalculated, guide d'onda multimode chì fallenu in modu efficace à suppressione i modi d'ordine altu, o duie guide d'onda chì sò troppu vicine l'una à l'altru chì portanu à prublemi di accoppiamentu inaspettati sò prubabilmente ùn esse rilevate durante a simulazione. Dunque, ancu se l'arnesi di simulazione avanzati furniscenu capacità di validazione di cuncepimentu putenti, esige sempre un altu gradu di vigilanza è un'ispezione attenta da u designer, cumminata cù l'esperienza pratica è a cunniscenza tecnica, per assicurà l'accuratezza è l'affidabilità di u disignu è riduce u risicu di u disignu. fogliu di flussu.
Una tecnica chjamata sparse FDTD permette simulazioni 3D è 2D FDTD per esse realizatu direttamente nantu à un disignu PIC cumpletu per cunvalidà u disignu. Ancu s'ellu hè difficiule per qualsiasi strumentu di simulazione elettromagnetica per simulà un PIC scala assai grande, u FDTD sparse hè capaci di simulà una zona lucale abbastanza grande. In FDTD 3D tradiziunale, a simulazione principia inizializzando i sei cumpunenti di u campu elettromagneticu in un voluminu quantizatu specificu. Quandu u tempu avanza, u novu cumpunente di campu in u voluminu hè calculatu, è cusì. Ogni passu abbisogna assai di calculu, cusì piglia assai tempu. In sparse 3D FDTD, invece di calculà à ogni passu à ogni puntu di u voluminu, una lista di cumpunenti di u campu hè mantinutu chì pò teoricamente currisponde à un voluminu arbitrariamente grande è esse calculatu solu per quelli cumpunenti. À ogni passu di u tempu, i punti adiacenti à i cumpunenti di u campu sò aghjuntu, mentre chì i cumpunenti di u campu sottu à un certu limitu di putenza sò abbandunati. Per certi strutturi, stu calculu pò esse parechji ordini di grandezza più veloce di u FDTD 3D tradiziunale. Tuttavia, sparse FDTDS ùn fà micca bè quandu si tratta di strutturi dispersive perchè stu campu di tempu si sparghje troppu, risultatu in liste chì sò troppu longu è difficiuli di gestisce. A Figura 1 mostra un esempiu di screenshot di una simulazione 3D FDTD simile à un splitter di fasciu di polarizazione (PBS).
Figura 1: Risultati di simulazione da 3D sparse FDTD. (A) hè una vista superiore di a struttura chì hè simulata, chì hè un accoppiatore direzionale. (B) Mostra una screenshot di una simulazione cù eccitazione quasi-TE. Les deux diagrammes ci-dessus montrent la vue de dessus des signaux quasi-TE et quasi-TM, et les deux diagrammes ci-dessous montrent la vue en coupe transversale correspondante. (C) Mostra una screenshot di una simulazione cù eccitazione quasi-TM.
Tempu di post: Jul-23-2024