Disseny defotònicaCircuit integrat
Circuits integrats fotònics(PIC) sovint es dissenyen amb l'ajuda de guions matemàtics per la importància de la longitud de la ruta en interferòmetres o altres aplicacions sensibles a la longitud del camí.Bicicletaes fabrica mitjançant diverses capes (normalment de 10 a 30) en una hòstia, que es componen de moltes formes poligonals, sovint representades en el format GDSII. Abans d’enviar el fitxer al fabricant de Photomask, és molt desitjable poder simular la PIC per verificar la correcció del disseny. La simulació es divideix en diversos nivells: el nivell més baix és la simulació electromagnètica tridimensional (EM), on la simulació es realitza a nivell de longitud d’ona, tot i que les interaccions entre àtoms del material es gestionen a escala macroscòpica. Els mètodes típics inclouen el domini de temps de diferència finita tridimensional (FDTD 3D) i l'expansió de l'EigenMode (EME). Aquests mètodes són els més precisos, però són poc pràctics durant tot el temps de simulació PIC. El següent nivell és la simulació EM de 2,5 dimensions, com ara la propagació del feix de diferència finita (FD-BPM). Aquests mètodes són molt més ràpids, però sacrificen certa precisió i només poden gestionar la propagació paraxial i no es pot utilitzar per simular els ressonadors, per exemple. El següent nivell és la simulació 2D EM, com ara 2D FDTD i 2D BPM. Aquests també són més ràpids, però tenen una funcionalitat limitada, com ara no poden simular els rotadors de polarització. Un altre nivell és la simulació de la matriu de transmissió i/o dispersió. Cada component principal es redueix a un component amb entrada i sortida, i la guia d'ona connectada es redueix a un canvi de fase i element d'atenuació. Aquestes simulacions són extremadament ràpides. El senyal de sortida s’obté multiplicant la matriu de transmissió pel senyal d’entrada. La matriu de dispersió (els elements dels quals s’anomenen paràmetres S) multiplica els senyals d’entrada i sortida d’un costat per trobar els senyals d’entrada i sortida a l’altra banda del component. Bàsicament, la matriu de dispersió conté la reflexió dins de l’element. La matriu de dispersió sol ser el doble de la matriu de transmissió en cada dimensió. En resum, des de la simulació de matrius de transmissió/difusió de transmissió/dispersió, cada capa de simulació presenta un compromís entre velocitat i precisió, i els dissenyadors trien el nivell de simulació adequat per a les seves necessitats específiques per optimitzar el procés de validació del disseny.
Tanmateix, confiar en la simulació electromagnètica de certs elements i utilitzar una matriu de dispersió/transferència per simular tota la PIC no garanteix un disseny completament correcte davant de la placa de flux. Per exemple, les longituds de la ruta equivocada, les guies d'ona multimode que no aconsegueixen suprimir efectivament els modes d'ordre d'alta com a, o dues guies d'ona massa a prop les unes de les altres, provocant problemes d'acoblament inesperats, és probable que no es detectin durant la simulació. Per tant, tot i que les eines avançades de simulació proporcionen potents capacitats de validació del disseny, encara requereix un alt grau de vigilància i inspecció minuciosa pel dissenyador, combinada amb experiència pràctica i coneixements tècnics, per assegurar la precisió i la fiabilitat del disseny i reduir el risc del full de flux.
Una tècnica anomenada FDTD escassa permet que les simulacions FDTD 3D i 2D es realitzin directament en un disseny complet de PIC per validar el disseny. Tot i que és difícil que qualsevol eina de simulació electromagnètica simula una foto molt gran a escala, el FDTD escàs és capaç de simular una àrea local bastant gran. En la FDTD tradicional 3D, la simulació comença inicialitzant els sis components del camp electromagnètic dins d’un volum quantificat específic. A mesura que avança el temps, es calcula el nou component de camp del volum, etc. Cada pas requereix molt de càlcul, de manera que es triga molt. En escassos FDTD 3D, en lloc de calcular a cada pas a cada punt del volum, es manté una llista de components de camp que teòricament poden correspondre a un volum arbitràriament gran i es calcular només per a aquests components. A cada pas, s’afegeixen punts adjacents als components de camp, mentre que es deixen caure components de camp per sota d’un determinat llindar de potència. Per a algunes estructures, aquest càlcul pot ser diversos ordres de magnitud més ràpid que la FDTD 3D tradicional. Tot i això, els FDTD escassos no funcionen bé quan es tracta d’estructures dispersives perquè aquest temps es propaga massa, donant lloc a llistes massa llargues i difícils de gestionar. La figura 1 mostra una captura de pantalla d’exemple d’una simulació 3D FDTD similar a un divisor de feixos de polarització (PBS).
Figura 1: La simulació resulta de la FDTD escassa 3D. (A) és una visió superior de l'estructura que es simula, que és un acoblador direccional. (B) mostra una captura de pantalla d'una simulació mitjançant excitació quasi-te. Els dos diagrames de dalt mostren la vista superior dels senyals quasi-te i quasi-tm, i els dos diagrames de sota mostren la vista transversal corresponent. (C) mostra una captura de pantalla d'una simulació mitjançant excitació quasi-TM.
Posada Posada: Jul-23-2024