Projektimi ifotonikqark i integruar
Qarqet e integruara fotonike(PIC) shpesh dizajnohen me ndihmën e skripteve matematikore për shkak të rëndësisë së gjatësisë së rrugës në interferometrat ose aplikacionet e tjera që janë të ndjeshme ndaj gjatësisë së shtegut.PICprodhohet duke rrahur shtresa të shumta (zakonisht 10 deri në 30) në një vaferë, të cilat përbëhen nga shumë forma poligonale, shpesh të përfaqësuara në formatin GDSII. Para se të dërgoni skedarin te prodhuesi i maskës së fotove, është shumë e dëshirueshme që të jeni në gjendje të simuloni PIC për të verifikuar korrektësinë e dizajnit. Simulimi ndahet në nivele të shumta: niveli më i ulët është simulimi elektromagnetik tredimensional (EM), ku simulimi kryhet në nivelin nën gjatësi vale, megjithëse ndërveprimet ndërmjet atomeve në material trajtohen në shkallë makroskopike. Metodat tipike përfshijnë domenin kohor me diferencë të fundme tredimensionale (3D FDTD) dhe zgjerimin e eigenmode (EME). Këto metoda janë më të saktat, por janë jopraktike për të gjithë kohën e simulimit të PIC. Niveli tjetër është simulimi EM 2,5-dimensional, siç është përhapja e rrezeve me diferencë të fundme (FD-BPM). Këto metoda janë shumë më të shpejta, por sakrifikojnë njëfarë saktësie dhe mund të trajtojnë vetëm përhapjen paraksiale dhe nuk mund të përdoren për të simuluar rezonatorët, për shembull. Niveli tjetër është simulimi 2D EM, si 2D FDTD dhe 2D BPM. Këto janë gjithashtu më të shpejta, por kanë funksionalitet të kufizuar, si për shembull nuk mund të simulojnë rrotulluesit e polarizimit. Një nivel tjetër është simulimi i matricës së transmetimit dhe/ose shpërndarjes. Çdo komponent kryesor reduktohet në një komponent me hyrje dhe dalje, dhe valëzuesi i lidhur reduktohet në një ndryshim fazor dhe element zbutjeje. Këto simulime janë jashtëzakonisht të shpejta. Sinjali i daljes fitohet duke shumëzuar matricën e transmetimit me sinjalin hyrës. Matrica e shpërndarjes (elementet e së cilës quhen parametra S) shumëzon sinjalet hyrëse dhe dalëse në njërën anë për të gjetur sinjalet hyrëse dhe dalëse në anën tjetër të komponentit. Në thelb, matrica e shpërndarjes përmban reflektimin brenda elementit. Matrica e shpërndarjes është zakonisht dy herë më e madhe se matrica e transmetimit në çdo dimension. Në përmbledhje, nga EM 3D deri te simulimi i matricës së transmetimit/shpërndarjes, çdo shtresë simulimi paraqet një shkëmbim ndërmjet shpejtësisë dhe saktësisë, dhe projektuesit zgjedhin nivelin e duhur të simulimit për nevojat e tyre specifike për të optimizuar procesin e vlefshmërisë së projektimit.
Megjithatë, mbështetja në simulimin elektromagnetik të elementeve të caktuara dhe përdorimi i një matrice shpërndarje/transferimi për të simuluar të gjithë PIC nuk garanton një dizajn plotësisht korrekt përpara pllakës së rrjedhës. Për shembull, gjatësitë e kalkuluara gabimisht të rrugëve, përcjellësit e valëve shumëmodale që nuk arrijnë të shtypin në mënyrë efektive modalitetet e rendit të lartë, ose dy përcjellës valësh që janë shumë afër njëri-tjetrit që çojnë në probleme të papritura të bashkimit, ka të ngjarë të mos zbulohen gjatë simulimit. Prandaj, megjithëse mjetet e avancuara të simulimit ofrojnë aftësi të fuqishme të vërtetimit të dizajnit, ai ende kërkon një shkallë të lartë vigjilence dhe inspektimi të kujdesshëm nga projektuesi, i kombinuar me përvojën praktike dhe njohuritë teknike, për të siguruar saktësinë dhe besueshmërinë e dizajnit dhe për të zvogëluar rrezikun e fletë rrjedhëse.
Një teknikë e quajtur Sparse FDTD lejon që simulimet 3D dhe 2D FDTD të kryhen drejtpërdrejt në një dizajn të plotë PIC për të vërtetuar dizajnin. Megjithëse është e vështirë për çdo mjet simulimi elektromagnetik të simulojë një PIC në shkallë shumë të madhe, FDTD-ja e rrallë është në gjendje të simulojë një zonë mjaft të madhe lokale. Në 3D FDTD tradicionale, simulimi fillon duke inicializuar gjashtë komponentët e fushës elektromagnetike brenda një vëllimi specifik të kuantizuar. Me kalimin e kohës, komponenti i ri i fushës në vëllim llogaritet, e kështu me radhë. Çdo hap kërkon shumë llogaritje, kështu që kërkon shumë kohë. Në FDTD të pakta 3D, në vend që të llogaritet në çdo hap në secilën pikë të vëllimit, mbahet një listë e komponentëve të fushës që teorikisht mund të korrespondojnë me një vëllim të madh arbitrarisht dhe të llogariten vetëm për ato përbërës. Në çdo hap kohor, pikat ngjitur me komponentët e fushës shtohen, ndërsa komponentët e fushës nën një prag të caktuar fuqie bien. Për disa struktura, kjo llogaritje mund të jetë disa rend magnitudë më e shpejtë se FDTD tradicionale 3D. Megjithatë, FDTDS-të e rralla nuk performojnë mirë kur kanë të bëjnë me struktura dispersive, sepse kjo fushë kohore përhapet shumë, duke rezultuar në lista që janë shumë të gjata dhe të vështira për t'u menaxhuar. Figura 1 tregon një shembull të pamjes së ekranit të një simulimi 3D FDTD të ngjashëm me një ndarës të rrezeve polarizimi (PBS).
Figura 1: Rezultatet e simulimit nga FDTD e rrallë 3D. (A) është një pamje e sipërme e strukturës që po simulohet, e cila është një bashkues drejtimi. (B) Tregon një pamje të ekranit të një simulimi duke përdorur ngacmim kuazi-TE. Dy diagramet e mësipërme tregojnë pamjen e sipërme të sinjaleve kuazi-TE dhe kuazi-TM, dhe dy diagramet më poshtë tregojnë pamjen korresponduese të prerjes kryq. (C) Tregon një pamje të ekranit të një simulimi duke përdorur ngacmim kuazi-TM.
Koha e postimit: 23 korrik 2024