Фотонды интегралдық схеманы жобалау

Дизайнфотондыинтегралдық схема

Фотонды интегралдық схемалар(PIC) интерферометрлерде немесе жол ұзындығына сезімтал басқа қолданбаларда жол ұзындығының маңыздылығына байланысты жиі математикалық сценарийлердің көмегімен жасалады.PICкөбіне GDSII пішімінде ұсынылған көптеген көпбұрышты пішіндерден тұратын вафлидегі бірнеше қабаттарды (әдетте 10-дан 30-ға дейін) тегістеу арқылы жасалады. Файлды фотомаска өндірушісіне жібермес бұрын, дизайнның дұрыстығын тексеру үшін PIC үлгісін жасау мүмкіндігін алу өте қажет. Модельдеу бірнеше деңгейлерге бөлінеді: ең төменгі деңгей үш өлшемді электромагниттік (ЭМ) модельдеу болып табылады, мұнда модельдеу төменгі толқын ұзындығы деңгейінде орындалады, дегенмен материалдағы атомдар арасындағы өзара әрекеттесу макроскопиялық масштабта өңделеді. Типтік әдістерге үш өлшемді соңғы айырмашылық Уақыт домені (3D FDTD) және меншікті режимді кеңейту (EME) жатады. Бұл әдістер ең дәл болып табылады, бірақ барлық PIC модельдеу уақыты үшін іс жүзінде мүмкін емес. Келесі деңгей 2,5 өлшемді EM модельдеу болып табылады, мысалы, соңғы айырмашылық сәулесінің таралуы (FD-BPM). Бұл әдістер әлдеқайда жылдамырақ, бірақ кейбір дәлдікті құрбан етеді және тек параксиалды таралуды өңдей алады және мысалы, резонаторларды имитациялау үшін пайдаланыла алмайды. Келесі деңгей - 2D FDTD және 2D BPM сияқты 2D EM симуляциясы. Бұлар да жылдамырақ, бірақ шектеулі функционалдығы бар, мысалы, олар поляризация ротаторларын имитациялай алмайды. Келесі деңгей – тарату және/немесе шашырау матрицалық модельдеу. Әрбір негізгі компонент кірісі мен шығысы бар құрамдасқа дейін азаяды, ал қосылған толқын өткізгіш фазалық жылжу және әлсірету элементіне дейін азаяды. Бұл модельдеу өте жылдам. Шығыс сигнал беру матрицасын кіріс сигналына көбейту арқылы алынады. Шашырау матрицасы (оның элементтері S-параметрлері деп аталады) компоненттің екінші жағындағы кіріс және шығыс сигналдарын табу үшін бір жағындағы кіріс және шығыс сигналдарын көбейтеді. Негізінде, шашырау матрицасы элемент ішіндегі көріністі қамтиды. Шашырау матрицасы әдетте әрбір өлшемдегі трансмиссиялық матрицадан екі есе үлкен. Қорытындылай келе, 3D EM-ден трансмиссия/шашыраушы матрицалық модельдеуге дейін, модельдеудің әрбір деңгейі жылдамдық пен дәлдік арасындағы сәйкестікті ұсынады және дизайнерлер дизайнды тексеру процесін оңтайландыру үшін олардың нақты қажеттіліктері үшін модельдеудің дұрыс деңгейін таңдайды.

Дегенмен, белгілі бір элементтердің электромагниттік модельдеуіне сүйену және бүкіл PIC симуляциясы үшін шашырау/тасымалдау матрицасын пайдалану ағын тақтасының алдында толығымен дұрыс дизайнға кепілдік бермейді. Мысалы, қате есептелген жол ұзындықтары, жоғары ретті режимдерді тиімді түрде басуға қабілетсіз мультимодалы толқын өткізгіштер немесе күтпеген қосылу мәселелеріне әкелетін бір-біріне тым жақын екі толқын өткізгіштер модельдеу кезінде анықталмай қалуы мүмкін. Сондықтан, жетілдірілген модельдеу құралдары дизайнды тексерудің қуатты мүмкіндіктерін қамтамасыз етсе де, ол әлі де дизайнның дәлдігі мен сенімділігін қамтамасыз ету және дизайнның тәуекелін азайту үшін практикалық тәжірибе мен техникалық біліммен үйлесетін дизайнерден жоғары қырағылықты және мұқият тексеруді қажет етеді. ағын парағы.

Сирек FDTD деп аталатын әдіс дизайнды растау үшін 3D және 2D FDTD модельдеулерін толық PIC дизайнында тікелей орындауға мүмкіндік береді. Кез келген электромагниттік модельдеу құралы үшін өте үлкен масштабты PIC модельдеу қиын болғанымен, сирек FDTD жеткілікті үлкен жергілікті аумақты модельдеуге қабілетті. Дәстүрлі 3D FDTD-де модельдеу электромагниттік өрістің алты компонентін белгілі бір квантталған көлемде инициализациялау арқылы басталады. Уақыт өткен сайын көлемдегі жаңа өріс компоненті есептеледі және т.б. Әрбір қадам көп есептеуді қажет етеді, сондықтан көп уақыт алады. Сирек 3D FDTD-де көлемнің әрбір нүктесіндегі әрбір қадамда есептеудің орнына, теориялық тұрғыдан еркін үлкен көлемге сәйкес келетін және тек сол құрамдас бөліктер үшін есептелетін өріс құрамдастарының тізімі сақталады. Әрбір уақыт қадамында өріс құрамдастарына іргелес нүктелер қосылады, ал белгілі бір қуат шегінен төмен өріс құрамдастары жойылады. Кейбір құрылымдар үшін бұл есептеу дәстүрлі 3D FDTD қарағанда бірнеше рет жылдамырақ болуы мүмкін. Дегенмен, сирек FDTDS дисперсиялық құрылымдармен жұмыс істегенде жақсы жұмыс істемейді, себебі бұл уақыт өрісі тым көп таралады, нәтижесінде тым ұзын және басқару қиын тізімдер пайда болады. 1-суретте поляризациялық сәулені бөлгішке (PBS) ұқсас 3D FDTD модельдеуінің мысал скриншоты көрсетілген.

1-сурет: 3D сирек FDTD моделінен алынған модельдеу нәтижелері. (A) – бағыттаушы қосқыш болып табылатын имитацияланатын құрылымның жоғарғы көрінісі. (B) Квази-TE қозуын қолданатын модельдеу скриншотын көрсетеді. Жоғарыдағы екі диаграмма квази-TE және квази-TM сигналдарының жоғарғы көрінісін көрсетеді, ал төмендегі екі диаграмма сәйкес көлденең қиманың көрінісін көрсетеді. (C) Квази-TM қозуын қолданатын модельдеу скриншотын көрсетеді.


Жіберу уақыты: 23 шілде 2024 ж