Disenyo ngPhotonicPinagsamang circuit
Photonic integrated circuit(PIC) ay madalas na idinisenyo sa tulong ng mga script ng matematika dahil sa kahalagahan ng haba ng landas sa mga interferometer o iba pang mga aplikasyon na sensitibo sa haba ng landas.Picay ginawa sa pamamagitan ng pag -patter ng maraming mga layer (karaniwang 10 hanggang 30) sa isang wafer, na binubuo ng maraming mga polygonal na hugis, na madalas na kinakatawan sa format na GDSII. Bago ipadala ang file sa tagagawa ng photomask, mariing kanais -nais na ma -gayahin ang pic upang mapatunayan ang kawastuhan ng disenyo. Ang kunwa ay nahahati sa maraming mga antas: ang pinakamababang antas ay ang three-dimensional electromagnetic (EM) simulation, kung saan ang kunwa ay isinasagawa sa antas ng sub-haba ng haba, bagaman ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atoms sa materyal ay hawakan sa scale ng macroscopic. Ang mga karaniwang pamamaraan ay may kasamang three-dimensional finite-pagkakaiba-iba ng oras-domain (3D FDTD) at pagpapalawak ng eigenmode (EME). Ang mga pamamaraan na ito ay ang pinaka tumpak, ngunit hindi praktikal para sa buong oras ng simulation ng PIC. Ang susunod na antas ay 2.5-dimensional EM simulation, tulad ng may hangganan na pagkakaiba-iba ng beam na pagpapalaganap (FD-BPM). Ang mga pamamaraan na ito ay mas mabilis, ngunit isakripisyo ang ilang kawastuhan at maaari lamang hawakan ang paraxial propagation at hindi maaaring magamit upang gayahin ang mga resonator, halimbawa. Ang susunod na antas ay ang simulation ng 2D EM, tulad ng 2D FDTD at 2D BPM. Ang mga ito ay mas mabilis din, ngunit may limitadong pag -andar, tulad ng hindi nila gayahin ang mga rotator ng polariseysyon. Ang isang karagdagang antas ay ang paghahatid at/o pagkalat ng simulation ng matrix. Ang bawat pangunahing sangkap ay nabawasan sa isang sangkap na may input at output, at ang konektadong waveguide ay nabawasan sa isang phase shift at elemento ng pagpapalambing. Ang mga simulation na ito ay napakabilis. Ang signal ng output ay nakuha sa pamamagitan ng pagpaparami ng transmission matrix sa pamamagitan ng signal ng input. Ang nakakalat na matrix (na ang mga elemento ay tinatawag na S-parameter) ay nagpaparami ng mga signal ng input at output sa isang tabi upang mahanap ang mga signal ng input at output sa kabilang panig ng sangkap. Karaniwan, ang nakakalat na matrix ay naglalaman ng pagmuni -muni sa loob ng elemento. Ang nakakalat na matrix ay karaniwang dalawang beses kasing laki ng paghahatid ng matrix sa bawat sukat. Sa buod, mula sa 3D EM hanggang sa paghahatid/pagkalat ng simulation ng matrix, ang bawat layer ng kunwa ay nagtatanghal ng isang trade-off sa pagitan ng bilis at kawastuhan, at pipiliin ng mga taga-disenyo ang tamang antas ng kunwa para sa kanilang mga tiyak na pangangailangan upang mai-optimize ang proseso ng pagpapatunay ng disenyo.
Gayunpaman, ang pag -asa sa electromagnetic simulation ng ilang mga elemento at paggamit ng isang pagkakalat/paglipat ng matrix upang gayahin ang buong PIC ay hindi ginagarantiyahan ang isang ganap na tamang disenyo sa harap ng daloy ng plato. Halimbawa, ang mga maling haba ng landas, multimode waveguides na hindi mabisang pigilan ang mga mode ng high-order, o dalawang waveguides na masyadong malapit sa bawat isa na humahantong sa hindi inaasahang mga problema sa pagkabit ay malamang na hindi mapapansin sa panahon ng kunwa. Samakatuwid, kahit na ang mga advanced na tool ng simulation ay nagbibigay ng malakas na mga kakayahan sa pagpapatunay ng disenyo, nangangailangan pa rin ito ng isang mataas na antas ng pagbabantay at maingat na inspeksyon ng taga -disenyo, na sinamahan ng praktikal na karanasan at kaalaman sa teknikal, upang matiyak ang kawastuhan at pagiging maaasahan ng disenyo at bawasan ang panganib ng daloy ng sheet.
Ang isang pamamaraan na tinatawag na Sparse FDTD ay nagbibigay -daan sa 3D at 2D FDTD simulation na isinasagawa nang direkta sa isang kumpletong disenyo ng PIC upang mapatunayan ang disenyo. Bagaman mahirap para sa anumang tool na simulation ng electromagnetic upang gayahin ang isang napakalaking scale pic, ang kalat -kalat na FDTD ay magagawang gayahin ang isang medyo malaking lokal na lugar. Sa tradisyonal na 3D FDTD, nagsisimula ang kunwa sa pamamagitan ng pagsisimula ng anim na bahagi ng larangan ng electromagnetic sa loob ng isang tiyak na dami ng dami. Habang tumatagal ang oras, ang bagong bahagi ng patlang sa dami ay kinakalkula, at iba pa. Ang bawat hakbang ay nangangailangan ng maraming pagkalkula, kaya tumatagal ng mahabang panahon. Sa kalat -kalat na 3D FDTD, sa halip na makalkula sa bawat hakbang sa bawat punto ng dami, ang isang listahan ng mga sangkap ng patlang ay pinananatili na maaaring teoretikal na tumutugma sa isang di -makatwirang malaking dami at kalkulahin lamang para sa mga sangkap na iyon. Sa bawat oras na hakbang, ang mga puntos na katabi ng mga sangkap ng patlang ay idinagdag, habang ang mga sangkap ng patlang sa ibaba ng isang tiyak na threshold ng kuryente ay nahulog. Para sa ilang mga istraktura, ang pagkalkula na ito ay maaaring maraming mga order ng magnitude nang mas mabilis kaysa sa tradisyonal na 3D FDTD. Gayunpaman, ang mga kalat -kalat na FDTD ay hindi gumanap nang maayos kapag nakikitungo sa mga nakakalat na istruktura dahil sa oras na ito ay kumakalat ang patlang, na nagreresulta sa mga listahan na masyadong mahaba at mahirap pamahalaan. Ang Figure 1 ay nagpapakita ng isang halimbawa ng screenshot ng isang 3D FDTD simulation na katulad ng isang polariseysyon na beam splitter (PBS).
Larawan 1: Ang mga resulta ng simulation mula sa 3D sparse FDTD. (A) ay isang nangungunang pagtingin sa istraktura na kunwa, na kung saan ay isang direksyon na coupler. (B) ay nagpapakita ng isang screenshot ng isang kunwa gamit ang quasi-te excitation. Ang dalawang diagram sa itaas ay nagpapakita ng tuktok na view ng quasi-te at quasi-TM signal, at ang dalawang diagram sa ibaba ay nagpapakita ng kaukulang view ng cross-sectional. (C) ay nagpapakita ng isang screenshot ng isang kunwa gamit ang quasi-TM excitation.
Oras ng Mag-post: Jul-23-2024