Cuncepimentu difotonicucircuitu integratu
Circuiti integrati fotoniciI PIC (PIC) sò spessu cuncipiti cù l'aiutu di script matematichi per via di l'impurtanza di a lunghezza di u percorsu in l'interferometri o altre applicazioni chì sò sensibili à a lunghezza di u percorsu.PIChè fabbricatu patternendu parechji strati (tipicamente da 10 à 30) nantu à una cialda, chì sò cumposti da parechje forme poligonali, spessu rapprisentate in u furmatu GDSII. Prima di mandà u schedariu à u fabricatore di fotomaschera, hè assai desiderabile pudè simulà u PIC per verificà a currettezza di u disignu. A simulazione hè divisa in parechji livelli: u livellu u più bassu hè a simulazione elettromagnetica tridimensionale (EM), induve a simulazione hè realizata à u livellu di a lunghezza d'onda inferiore, ancu se l'interazzione trà l'atomi in u materiale hè trattata à scala macroscopica. I metudi tipici includenu u duminiu di u tempu à differenze finite tridimensionale (3D FDTD) è l'espansione di l'automodu (EME). Quessi metudi sò i più precisi, ma sò impraticabili per tuttu u tempu di simulazione PIC. U livellu prossimu hè a simulazione EM 2,5-dimensionale, cum'è a propagazione di u fasciu à differenze finite (FD-BPM). Quessi metudi sò assai più veloci, ma sacrificanu una certa precisione è ponu trattà solu a propagazione parassiale è ùn ponu esse aduprati per simulà i risonatori, per esempiu. U prossimu livellu hè a simulazione EM 2D, cum'è 2D FDTD è 2D BPM. Quessi sò ancu più veloci, ma anu funzionalità limitate, cum'è ùn ponu micca simulà i rotatori di polarizazione. Un ulteriore livellu hè a simulazione di matrice di trasmissione è/o di scattering. Ogni cumpunente principale hè riduttu à un cumpunente cù input è output, è a guida d'onda cunnessa hè ridutta à un elementu di sfasamentu di fase è attenuazione. Queste simulazioni sò estremamente veloci. U signale di output hè ottenutu multiplicendu a matrice di trasmissione per u signale d'input. A matrice di scattering (i cui elementi sò chjamati parametri S) multiplica i signali d'input è di output da una parte per truvà i signali d'input è di output da 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 EM 3D à simulazione di matrice di trasmissione/scattering, ogni stratu di simulazione presenta un compromisu trà velocità è precisione, è i cuncettori sceglienu u livellu ghjustu di simulazione per i so bisogni specifici per ottimizà u prucessu di validazione di u disignu.
Tuttavia, affidà si à a simulazione elettromagnetica di certi elementi è aduprà una matrice di scattering/trasferimentu per simulà tuttu u PIC ùn garantisce micca un cuncepimentu cumpletamente currettu davanti à a piastra di flussu. Per esempiu, e lunghezze di percorsu mal calculate, e guide d'onda multimodali chì ùn riescenu micca à supprimà efficacemente i modi di ordine superiore, o duie guide d'onda chì sò troppu vicine l'una à l'altra chì portanu à prublemi di accoppiamentu imprevisti, sò prubabili di passà inosservate durante a simulazione. Dunque, ancu s'è i strumenti di simulazione avanzati furniscenu putenti capacità di validazione di u cuncepimentu, richiede sempre un altu gradu di vigilanza è un'ispezione attenta da parte di u cuncepitore, cumminata cù l'esperienza pratica è e cunniscenze tecniche, per assicurà l'accuratezza è l'affidabilità di u cuncepimentu è riduce u risicu di u diagramma di flussu.
Una tecnica chjamata FDTD sparsa permette di fà simulazioni FDTD 3D è 2D direttamente nantu à un cuncepimentu PIC cumpletu per validà u cuncepimentu. Ancu s'ellu hè difficiule per qualsiasi strumentu di simulazione elettromagnetica di simulà un PIC à grande scala, a FDTD sparsa hè capace di simulà una zona lucale abbastanza grande. In a FDTD 3D tradiziunale, a simulazione principia inizializendu i sei cumpunenti di u campu elettromagneticu in un vulume quantificatu specificu. Cù u tempu, a nova cumpunente di u campu in u vulume hè calculata, è cusì via. Ogni passu richiede assai calculi, dunque ci vole assai tempu. In a FDTD 3D sparsa, invece di calculà à ogni passu in ogni puntu di u vulume, si mantene una lista di cumpunenti di u campu chì ponu teoricamente currisponde à un vulume arbitrariamente grande è esse calculati solu per quelli cumpunenti. À ogni passu di tempu, i punti adiacenti à i cumpunenti di u campu sò aghjunti, mentre chì i cumpunenti di u campu sottu à una certa soglia di putenza sò eliminati. Per alcune strutture, stu calculu pò esse parechji ordini di grandezza più veloce di a FDTD 3D tradiziunale. Tuttavia, i FDTDS sparsi ùn funzionanu micca bè quandu si tratta di strutture dispersive perchè stu campu di tempu si sparghje troppu, risultendu in liste troppu longhe è difficiuli da gestisce. A Figura 1 mostra un esempiu di screenshot di una simulazione 3D FDTD simile à un divisore di fasciu di polarizazione (PBS).
Figura 1: Risultati di simulazione da FDTD sparsu 3D. (A) hè una vista superiore di a struttura chì hè simulata, chì hè un accoppiatore direzionale. (B) Mostra una screenshot di una simulazione chì usa l'eccitazione quasi-TE. I dui diagrammi sopra mostranu a vista superiore di i signali quasi-TE è quasi-TM, è i dui diagrammi sottu mostranu a vista trasversale currispondente. (C) Mostra una screenshot di una simulazione chì usa l'eccitazione quasi-TM.
Data di publicazione: 23 di lugliu di u 2024