Дизайнфотондықинтегралды схема
Фотондық интегралды схемалар(PIC) интерферометрлерде немесе жол ұзындығына сезімтал басқа қолданбаларда жол ұзындығының маңыздылығына байланысты математикалық сценарийлердің көмегімен жиі жасалады.Суретпластинаға бірнеше қабаттарды (әдетте 10-нан 30-ға дейін) өрнектеу арқылы жасалады, олар көптеген көпбұрышты пішіндерден тұрады, көбінесе GDSII форматында көрсетіледі. Файлды фотомаска өндірушісіне жібермес бұрын, дизайнның дұрыстығын тексеру үшін PIC модельдеу мүмкіндігі болғаны жөн. Модельдеу бірнеше деңгейге бөлінеді: ең төменгі деңгей - үш өлшемді электромагниттік (ЭМ) модельдеу, мұнда модельдеу толқын ұзындығынан төмен деңгейде орындалады, дегенмен материалдағы атомдар арасындағы өзара әрекеттесулер макроскопиялық масштабта өңделеді. Типтік әдістерге үш өлшемді ақырлы айырмашылық уақыт домені (3D FDTD) және меншікті режимді кеңейту (ЭМ) жатады. Бұл әдістер ең дәл, бірақ бүкіл PIC модельдеу уақыты үшін практикалық емес. Келесі деңгей - 2,5 өлшемді ЭМ модельдеу, мысалы, ақырлы айырмашылық сәулесінің таралуы (FD-BPM). Бұл әдістер әлдеқайда жылдам, бірақ кейбір дәлдіктен айырылады және тек параксиалды таралуды өңдей алады және, мысалы, резонаторларды модельдеу үшін пайдаланылмайды. Келесі деңгей - 2D FDTD және 2D BPM сияқты 2D ЭМ модельдеуі. Бұлар да жылдамырақ, бірақ функционалдығы шектеулі, мысалы, поляризация ротаторларын модельдей алмайды. Тағы бір деңгей - беріліс және/немесе шашыраңқы матрица модельдеуі. Әрбір негізгі компонент кіріс және шығысы бар компонентке дейін азаяды, ал қосылған толқын өткізгіш фазалық ығысу және әлсіреу элементіне дейін азаяды. Бұл модельдеулер өте жылдам. Шығыс сигналы беріліс матрицасын кіріс сигналына көбейту арқылы алынады. Шашыраңқы матрица (оның элементтері S-параметрлері деп аталады) компоненттің екінші жағындағы кіріс және шығыс сигналдарын табу үшін бір жағындағы кіріс және шығыс сигналдарын көбейтеді. Негізінен, шашыраңқы матрица элементтің ішіндегі шағылысуды қамтиды. Шашыраңқы матрица әдетте әр өлшемдегі беріліс матрицасынан екі есе үлкен. Қорытындылай келе, 3D ЭМ-ден беріліс/шашыраңқы матрица модельдеуіне дейін модельдеудің әрбір қабаты жылдамдық пен дәлдік арасындағы ымыраны ұсынады, ал дизайнерлер дизайнды тексеру процесін оңтайландыру үшін өздерінің нақты қажеттіліктеріне сәйкес модельдеудің дұрыс деңгейін таңдайды.
Дегенмен, белгілі бір элементтердің электромагниттік модельдеуіне сүйену және бүкіл PIC модельдеу үшін шашыраңқы/трансфер матрицасын пайдалану ағын пластинасының алдында толығымен дұрыс дизайнға кепілдік бермейді. Мысалы, дұрыс есептелмеген жол ұзындықтары, жоғары ретті режимдерді тиімді түрде басуға қабілетсіз көп режимді толқын өткізгіштер немесе күтпеген байланыс мәселелеріне әкелетін бір-біріне тым жақын орналасқан екі толқын өткізгіш модельдеу кезінде анықталмауы мүмкін. Сондықтан, озық модельдеу құралдары қуатты дизайнды тексеру мүмкіндіктерін ұсынғанымен, дизайнның дәлдігі мен сенімділігін қамтамасыз ету және ағын сызбасының қаупін азайту үшін дизайнердің жоғары дәрежелі қырағылығы мен мұқият тексеруін, практикалық тәжірибе мен техникалық біліммен үйлестіруді талап етеді.
Сирек FDTD деп аталатын әдіс 3D және 2D FDTD модельдеулерін жобаны тексеру үшін толық PIC жобасында тікелей орындауға мүмкіндік береді. Кез келген электромагниттік модельдеу құралы үшін өте үлкен масштабты PIC модельдеу қиын болса да, сирек FDTD айтарлықтай үлкен жергілікті аймақты модельдей алады. Дәстүрлі 3D FDTD-де модельдеу электромагниттік өрістің алты компонентін белгілі бір квантталған көлемде инициализациялаудан басталады. Уақыт өте келе көлемдегі жаңа өріс компоненті есептеледі және т.б. Әрбір қадам көп есептеуді қажет етеді, сондықтан бұл көп уақытты алады. Сирек 3D FDTD-де көлемнің әрбір нүктесінде әрбір қадамда есептеудің орнына, теориялық тұрғыдан кез келген үлкен көлемге сәйкес келетін және тек сол компоненттер үшін есептелетін өріс компоненттерінің тізімі сақталады. Әрбір уақыт қадамында өріс компоненттеріне іргелес нүктелер қосылады, ал белгілі бір қуат шегінен төмен өріс компоненттері алынып тасталады. Кейбір құрылымдар үшін бұл есептеу дәстүрлі 3D FDTD-ге қарағанда бірнеше есе жылдам болуы мүмкін. Дегенмен, сирек FDTDS дисперсиялық құрылымдармен жұмыс істегенде жақсы нәтиже бермейді, себебі бұл уақыт өрісі тым көп таралады, нәтижесінде тізімдер тым ұзын және басқару қиын болады. 1-суретте поляризация сәулесін бөлгіш (PBS) сияқты 3D FDTD модельдеуінің скриншоты көрсетілген.
1-сурет: 3D сирек FDTD моделдеу нәтижелері. (A) - модельденетін құрылымның жоғарғы көрінісі, ол бағыттаушы муфта. (B) Квази-TE қоздыруын пайдаланып модельдеудің скриншотын көрсетеді. Жоғарыдағы екі диаграмма квази-TE және квази-TM сигналдарының жоғарғы көрінісін, ал төмендегі екі диаграмма сәйкес көлденең қима көрінісін көрсетеді. (C) Квази-TM қоздыруын пайдаланып модельдеудің скриншотын көрсетеді.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 23 шілде