Ontwerp vanfotoniesGeïntegreerde stroombaan
Fotoniese geïntegreerde stroombane(PIC) is dikwels ontwerp met behulp van wiskundige skrifte vanweë die belangrikheid van padlengte in interferometers of ander toepassings wat sensitief is vir die lengte van die pad.Fotoword vervaardig deur verskeie lae (tipies 10 tot 30) op 'n wafel te patroon, wat bestaan uit baie veelhoekige vorms, wat dikwels in die GDSII -formaat voorgestel word. Voordat u die lêer aan die Photomask -vervaardiger stuur, is dit sterk wenslik om die foto te kan simuleer om die korrektheid van die ontwerp te verifieer. Die simulasie word in veelvuldige vlakke verdeel: die laagste vlak is die driedimensionele elektromagnetiese (EM) simulasie, waar die simulasie op die sub-golflengte-vlak uitgevoer word, hoewel die interaksies tussen atome in die materiaal op die makroskopiese skaal hanteer word. Tipiese metodes sluit in drie-dimensionele eindige verskil-tyddomein (3D FDTD) en Eigenmode-uitbreiding (EME). Hierdie metodes is die akkuraatste, maar is onprakties vir die hele PIC -simulasietyd. Die volgende vlak is 2,5-dimensionele EM-simulasie, soos die voortplanting van eindige-verskille (FD-BPM). Hierdie metodes is baie vinniger, maar offer 'n mate van akkuraatheid op en kan slegs paraksiale voortplanting hanteer en kan byvoorbeeld nie gebruik word om resonators te simuleer nie. Die volgende vlak is 2D EM -simulasie, soos 2D FDTD en 2D BPM. Dit is ook vinniger, maar het beperkte funksionaliteit, soos dat dit nie polarisasie -rotators kan simuleer nie. 'N Verdere vlak is transmissie- en/of verspreidingsmatriksimulasie. Elke hoofkomponent word verminder tot 'n komponent met inset en uitset, en die gekoppelde golfleier word verminder tot 'n faseverskuiwing en dempingselement. Hierdie simulasies is baie vinnig. Die uitsetsein word verkry deur die transmissiematriks met die insetsein te vermenigvuldig. Die verspreidingsmatriks (waarvan die elemente S-parameters genoem word) vermenigvuldig die inset- en uitsetseine aan die een kant om die inset- en uitsetseine aan die ander kant van die komponent te vind. Die verspreidingsmatriks bevat basies die weerkaatsing in die element. Die verspreidingsmatriks is gewoonlik twee keer so groot as die transmissiematriks in elke dimensie. Samevattend, van 3D EM tot transmissie-/verspreidingsmatriksimulasie, bied elke simulasielaag 'n inruil tussen spoed en akkuraatheid, en ontwerpers kies die regte simulasievlak vir hul spesifieke behoeftes om die ontwerpvalideringsproses te optimaliseer.
Vertrou egter op elektromagnetiese simulasie van sekere elemente en die gebruik van 'n verspreidings-/oordragmatriks om die hele foto te simuleer, waarborg egter nie 'n heeltemal korrekte ontwerp voor die vloeiplaat nie. Byvoorbeeld, verkeerde berekende padlengtes, multimode-golfleidings wat nie die hoë-orde-modusse effektief onderdruk nie, of twee golfleidings wat te naby aan mekaar is, wat tot onverwagte koppelingsprobleme lei, sal waarskynlik tydens simulasie onopgemerk word. Dus, hoewel gevorderde simulasie -instrumente kragtige ontwerp -valideringsvermoëns bied, verg dit steeds 'n hoë mate van waaksaamheid en noukeurige inspeksie deur die ontwerper, gekombineer met praktiese ervaring en tegniese kennis, om die akkuraatheid en betroubaarheid van die ontwerp te verseker en die risiko van die vloeidaat te verminder.
'N Tegniek genaamd yl FDTD laat toe dat 3D- en 2D FDTD -simulasies direk op 'n volledige PIC -ontwerp uitgevoer word om die ontwerp te bevestig. Alhoewel dit moeilik is vir enige elektromagnetiese simulasie -instrument om 'n baie groot skaal te simuleer, kan die yl FDTD 'n redelike groot plaaslike omgewing simuleer. In tradisionele 3D FDTD begin die simulasie deur die ses komponente van die elektromagnetiese veld binne 'n spesifieke gekwantifiseerde volume te initialiseer. Namate die tyd verloop, word die nuwe veldkomponent in die volume bereken, ensovoorts. Elke stap benodig baie berekening, dus neem dit lank. In yl 3D FDTD, in plaas daarvan om by elke stap by elke punt van die volume te bereken, word 'n lys van veldkomponente gehandhaaf wat teoreties kan ooreenstem met 'n arbitrêre groot volume en slegs vir daardie komponente bereken kan word. Tydens elke tydstap word punte langs veldkomponente bygevoeg, terwyl veldkomponente onder 'n sekere drywingsdrempel laat val word. Vir sommige strukture kan hierdie berekening verskeie ordes vinniger wees as die tradisionele 3D FDTD. Run FDTD's presteer egter nie goed as dit met verspreidende strukture te make het nie, want hierdie tyd versprei te veel, wat lei tot lyste wat te lank en moeilik is om te bestuur. Figuur 1 toon 'n voorbeeldskerm van 'n 3D FDTD -simulasie soortgelyk aan 'n polarisasiebalkverdeling (PBS).
Figuur 1: Simulasie -resultate van 3D -yl FDTD. (A) is 'n boonste aansig van die struktuur wat gesimuleer word, wat 'n rigtingkoppelaar is. (B) toon 'n skermkiekie van 'n simulasie met behulp van kwasi-te-opwinding. Die twee diagramme hierbo toon die boonste aansig van die Quasi-TE- en Quasi-TM-seine, en die twee diagramme hieronder toon die ooreenstemmende dwarssnit-aansig. (C) toon 'n skermkiekie van 'n simulasie met behulp van Quasi-TM-opwinding.
Postyd: Jul-23-2024