Дизайнфотоникинтегрированная схема
Фотонные интегрированные цепи(PIC) часто разрабатываются с помощью математических сценариев из -за важности длины пути в интерферометрах или других приложениях, которые чувствительны к длине пути.Картинкапроизводится путем обработки нескольких слоев (обычно от 10 до 30) на пластине, которая состоит из многих полигональных форм, часто представленных в формате GDSII. Перед отправкой файла производителю Photomask очень желательно иметь возможность имитировать PIC, чтобы проверить правильность дизайна. Моделирование делится на несколько уровней: самым низким уровнем является трехмерное электромагнитное (EM) моделирование, где моделирование выполняется на уровне подвол, хотя взаимодействия между атомами в материале обрабатываются в макроскопической масштабе. Типичные методы включают трехмерную доменную домену конечной дифференциации (3D FDTD) и расширение собственной моды (EME). Эти методы являются наиболее точными, но непрактичны для всего времени моделирования картины. Следующий уровень составляет 2,5-мерное моделирование EM, такое как распространение луча конечной разности (FD-BPM). Эти методы намного быстрее, но жертвуют некоторой точностью и могут обрабатывать только параксиальное распространение и, например, не могут использоваться для моделирования резонаторов. Следующим уровнем является 2D -моделирование EM, такое как 2D FDTD и 2D BPM. Они также быстрее, но имеют ограниченную функциональность, например, они не могут моделировать поляризационные ротаторы. Еще одним уровнем является моделирование матрицы передачи и/или рассеяния. Каждый крупный компонент сводится к компоненту с входом и выходом, а подключенный волновод сводится к фазовому сдвигу и элементу ослабления. Эти симуляции чрезвычайно быстры. Выходной сигнал получается путем умножения матрицы передачи на входной сигнал. Матрица рассеяния (элементы которых называются S-параметров) умножает входные и выходные сигналы с одной стороны, чтобы найти входные и выходные сигналы на другой стороне компонента. По сути, матрица рассеяния содержит отражение внутри элемента. Матрица рассеяния обычно в два раза больше, чем матрица передачи в каждом измерении. Таким образом, от 3D EM до моделирования матрицы передачи/рассеяния, каждый слой моделирования представляет компромисс между скоростью и точностью, и дизайнеры выбирают правильный уровень моделирования для их конкретных потребностей для оптимизации процесса проверки проектирования.
Однако полагаться на электромагнитное моделирование определенных элементов и использование матрицы рассеяния/переноса для моделирования всей картины не гарантирует совершенно правильную конструкцию перед проточной пластиной. Например, рассеянные длины пути, многомодные волноводы, которые не могут эффективно подавлять режимы высокого порядка, или два волновода, которые слишком близки друг к другу, приводящие к неожиданным проблемам связывания, вероятно, останутся незамеченными во время моделирования. Следовательно, хотя передовые инструменты моделирования предоставляют мощные возможности проверки проектирования, он по -прежнему требует высокой степени бдительности и тщательного осмотра со стороны дизайнера в сочетании с практическим опытом и техническими знаниями, чтобы обеспечить точность и надежность проектирования и снизить риск листа потока.
Техника, называемая Sparse FDTD, позволяет 3D и 2D FDTD -моделирование непосредственно на полном дизайне PIC для проверки дизайна. Хотя любой инструмент электромагнитного моделирования трудно моделировать очень крупномасштабную картину, редкий FDTD может имитировать довольно большую локальную область. В традиционном трехмерном FDTD моделирование начинается с инициализации шести компонентов электромагнитного поля в определенном квантованном объеме. С течением времени рассчитывается новый полевой компонент в томе и так далее. Каждый шаг требует большого количества расчетов, так что это занимает много времени. В Sparse 3D FDTD вместо расчета на каждом этапе в каждой точке объема содержится список полевых компонентов, который теоретически может соответствовать произвольно большому объему и рассчитываться только для этих компонентов. На каждом временном этапе добавляются точки, прилегающие к полевым компонентам, в то время как полевые компоненты ниже определенного порога мощности сбрасываются. Для некоторых структур это вычисление может быть на несколько порядков быстрее, чем традиционный 3D FDTD. Тем не менее, разреженные FDTD не очень хорошо работают при работе с дисперсионными структурами, потому что это время распространяется слишком много, что приводит к спискам, которые слишком длинные и трудно управлять. На рисунке 1 показан пример снимка экрана трехмерного моделирования FDTD, аналогичного разветвлению луча поляризации (PBS).
Рисунок 1: Результаты моделирования от 3D -разреженного FDTD. (А) - это вид на верхушку смоделированной структуры, которая является направленным связью. (Б) показывает скриншот симуляции с использованием квази-ТЕ возбуждения. Две диаграммы выше показывают вид на верхнюю часть сигналов квази-ТЭ и квази-TM, а две диаграммы ниже показывают соответствующий вид поперечного сечения. (C) показывает скриншот симуляции с использованием квази-TM возбуждения.
Время сообщения: июля-23-2024