Reka bentukfotoniklitar bersepadu
Litar bersepadu fotonik(PIC) sering direka dengan bantuan skrip matematik kerana kepentingan panjang laluan dalam interferometer atau aplikasi lain yang sensitif terhadap panjang laluan.Gambardihasilkan dengan meletakkan pelbagai lapisan (biasanya 10 hingga 30) pada wafer, yang terdiri daripada banyak bentuk poligonal, sering diwakili dalam format GDSII. Sebelum menghantar fail ke pengilang Photomask, sangat wajar dapat mensimulasikan PIC untuk mengesahkan ketepatan reka bentuk. Simulasi dibahagikan kepada pelbagai tahap: tahap terendah adalah simulasi elektromagnet tiga dimensi (EM), di mana simulasi dilakukan pada tahap sub-panjang, walaupun interaksi antara atom dalam bahan dikendalikan pada skala makroskopik. Kaedah tipikal termasuk domain masa berlainan tiga dimensi (3D FDTD) dan pengembangan eigenmode (EME). Kaedah ini adalah yang paling tepat, tetapi tidak praktikal untuk keseluruhan masa simulasi PIC. Tahap seterusnya adalah simulasi EM 2.5 dimensi, seperti penyebaran rasuk perbezaan terhingga (FD-BPM). Kaedah ini lebih cepat, tetapi mengorbankan beberapa ketepatan dan hanya boleh mengendalikan penyebaran paraxial dan tidak boleh digunakan untuk mensimulasikan resonator, contohnya. Tahap seterusnya ialah simulasi 2D EM, seperti 2D FDTD dan 2D BPM. Ini juga lebih cepat, tetapi mempunyai fungsi terhad, seperti mereka tidak dapat mensimulasikan pemutar polarisasi. Tahap selanjutnya adalah penghantaran dan/atau simulasi matriks penyebaran. Setiap komponen utama dikurangkan kepada komponen dengan input dan output, dan gelombang yang disambungkan dikurangkan kepada peralihan fasa dan elemen pelemahan. Simulasi ini sangat cepat. Isyarat output diperoleh dengan mengalikan matriks penghantaran dengan isyarat input. Matriks penyebaran (unsur-unsur yang dipanggil S-parameter) mengalikan isyarat input dan output di satu sisi untuk mencari isyarat input dan output di sisi lain komponen. Pada asasnya, matriks penyebaran mengandungi pantulan di dalam elemen. Matriks penyebaran biasanya dua kali lebih besar daripada matriks penghantaran dalam setiap dimensi. Ringkasnya, dari 3D EM ke simulasi matriks penghantaran/penyebaran, setiap lapisan simulasi membentangkan perdagangan antara kelajuan dan ketepatan, dan pereka memilih tahap simulasi yang tepat untuk keperluan khusus mereka untuk mengoptimumkan proses pengesahan reka bentuk.
Walau bagaimanapun, bergantung kepada simulasi elektromagnet unsur -unsur tertentu dan menggunakan matriks penyebaran/pemindahan untuk mensimulasikan keseluruhan PIC tidak menjamin reka bentuk yang betul -betul betul di hadapan plat aliran. Sebagai contoh, panjang laluan yang salah perhitungan, gelombang multimode yang gagal dengan berkesan menindas mod pesanan tinggi, atau dua gelombang gelombang yang terlalu dekat antara satu sama lain yang membawa kepada masalah gandingan yang tidak dijangka mungkin tidak dapat dikesan semasa simulasi. Oleh itu, walaupun alat simulasi lanjutan menyediakan keupayaan pengesahan reka bentuk yang kuat, ia masih memerlukan tahap kewaspadaan yang tinggi dan pemeriksaan yang teliti oleh pereka, digabungkan dengan pengalaman praktikal dan pengetahuan teknikal, untuk memastikan ketepatan dan kebolehpercayaan reka bentuk dan mengurangkan risiko lembaran aliran.
Teknik yang dipanggil FDTD jarang membolehkan simulasi 3D dan 2D FDTD dilakukan secara langsung pada reka bentuk PIC lengkap untuk mengesahkan reka bentuk. Walaupun sukar bagi mana -mana alat simulasi elektromagnet untuk mensimulasikan gambar skala yang sangat besar, FDTD jarang dapat mensimulasikan kawasan tempatan yang cukup besar. Dalam FDTD 3D tradisional, simulasi bermula dengan memulakan enam komponen medan elektromagnet dalam jumlah kuantitatif tertentu. Apabila masa berlalu, komponen medan baru dalam jumlah dikira, dan sebagainya. Setiap langkah memerlukan banyak pengiraan, jadi ia mengambil masa yang lama. Dalam FDTD 3D jarang, bukannya mengira pada setiap langkah pada setiap titik kelantangan, senarai komponen medan dikekalkan yang secara teorinya sesuai dengan jumlah sewenang -wenangnya dan dikira hanya untuk komponen tersebut. Pada setiap langkah, titik bersebelahan dengan komponen medan ditambah, manakala komponen medan di bawah ambang kuasa tertentu jatuh. Bagi sesetengah struktur, pengiraan ini boleh menjadi beberapa pesanan magnitud lebih cepat daripada FDTD 3D tradisional. Walau bagaimanapun, FDTD yang jarang berlaku tidak berfungsi dengan baik apabila berurusan dengan struktur dispersif kerana bidang masa ini merebak terlalu banyak, mengakibatkan senarai yang terlalu panjang dan sukar untuk dikendalikan. Rajah 1 menunjukkan tangkapan skrin contoh simulasi FDTD 3D yang serupa dengan splitter rasuk polarisasi (PBS).
Rajah 1: Hasil simulasi dari FDTD 3D jarang. (A) adalah pandangan teratas struktur yang disimulasikan, yang merupakan pengganding arah. (B) menunjukkan tangkapan skrin simulasi menggunakan pengujaan kuasi. Kedua-dua rajah di atas menunjukkan pandangan atas isyarat kuasi dan kuasi-TM, dan dua rajah di bawah menunjukkan pandangan keratan rentas yang sepadan. (C) menunjukkan tangkapan skrin simulasi menggunakan pengujaan quasi-TM.
Masa Post: Jul-23-2024