Hartimfotonikqark i integruar
Qarqet e integruara fotonike(Pic) shpesh janë të dizajnuara me ndihmën e shkrimeve matematikore për shkak të rëndësisë së gjatësisë së rrugës në interferometra ose aplikacione të tjera që janë të ndjeshme ndaj gjatësisë së rrugës.Çastështë prodhuar duke futur shtresa të shumta (zakonisht 10 deri në 30) në një meshë, të cilat përbëhen nga shumë forma poligonale, shpesh të përfaqësuara në formatin GDSII. Para se ta dërgoni skedarin tek prodhuesi i Photomask, është fort e dëshirueshme që të jeni në gjendje të simuloni PIC për të verifikuar korrektësinë e dizajnit. Simulimi është i ndarë në nivele të shumëfishta: niveli më i ulët është simulimi elektromagnetik tre-dimensional (EM), ku simulimi kryhet në nivelin e gjatësisë së valës, megjithëse ndërveprimet midis atomeve në material trajtohen në shkallën makroskopike. Metodat tipike përfshijnë domainin kohor të diferencës së fundme tre-dimensionale (3D FDTD) dhe zgjerimin e eigenmode (EME). Këto metoda janë më të sakta, por janë jopraktike për të gjithë kohën e simulimit PIC. Niveli tjetër është simulimi EM 2.5-dimensional, siç është përhapja e rrezes së diferencës së fundme (FD-BPM). Këto metoda janë shumë më të shpejta, por sakrifikojnë një saktësi dhe mund të trajtojnë vetëm përhapjen paraksiale dhe nuk mund të përdoren për të simuluar rezonatorët, për shembull. Niveli tjetër është simulimi 2D EM, siç janë 2D FDTD dhe 2D BPM. Këto janë gjithashtu më të shpejta, por kanë funksionalitet të kufizuar, siç janë ato nuk mund të simulojnë rotatorët e polarizimit. Një nivel tjetër është simulimi i matricës së transmetimit dhe/ose shpërndarjes. Componentdo përbërës kryesor është reduktuar në një përbërës me hyrje dhe dalje, dhe shiriti i valës së lidhur është reduktuar në një ndërrim fazor dhe elementi të dobësimit. Këto simulime janë jashtëzakonisht të shpejta. Sinjali i daljes fitohet duke shumëzuar matricën e transmetimit me sinjalin e hyrjes. Matrica e shpërndarjes (elementët e të cilit quhen S-Parametra) shumëfishon sinjalet e hyrjes dhe daljes nga njëra anë për të gjetur sinjalet e hyrjes dhe daljes në anën tjetër të përbërësit. Në thelb, matrica e shpërndarjes përmban reflektimin brenda elementit. Matrica e shpërndarjes është zakonisht dy herë më e madhe se matrica e transmetimit në secilin dimension. Si përmbledhje, nga 3D EM në simulimin e matricës së transmetimit/shpërndarjes, çdo shtresë e simulimit paraqet një shkëmbim shkëmbimi midis shpejtësisë dhe saktësisë, dhe projektuesit zgjedhin nivelin e duhur të simulimit për nevojat e tyre specifike për të optimizuar procesin e vlefshmërisë së projektimit.
Sidoqoftë, mbështetja në simulimin elektromagnetik të elementeve të caktuara dhe përdorimi i një matricë shpërndarjeje/transferimi për të simuluar të gjithë PIC nuk garanton një dizajn plotësisht të saktë përpara pllakës së rrjedhës. Për shembull, gjatësia e shtegut të llogaritura të gabuara, shiritat e valëve multimode që nuk arrijnë të shtypin në mënyrë efektive mënyrat e rendit të lartë, ose dy shirita 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 përparuara të simulimit ofrojnë aftësi të fuqishme të vlefshmërisë së projektimit, ajo ende kërkon një shkallë të lartë të vigjilencës dhe inspektimit të kujdesshëm nga projektuesi, i kombinuar me përvojë praktike dhe njohuri teknike, për të siguruar saktësinë dhe besueshmërinë e dizajnit dhe për të zvogëluar rrezikun e fletës së rrjedhës.
Një teknikë e quajtur Scarse FDTD lejon që simulimet 3D dhe 2D FDTD të kryhen direkt në një dizajn të plotë PIC për të vërtetuar modelin. Edhe pse është e vështirë për çdo mjet të simulimit elektromagnetik të simulojë një foto në shkallë shumë të madhe, FDTD e rrallë është në gjendje të simulojë një zonë mjaft të madhe lokale. Në FDTD tradicionale 3D, simulimi fillon duke inicializuar gjashtë përbërësit e fushës elektromagnetike brenda një vëllimi specifik të kuantizuar. Ndërsa koha përparon, llogaritet përbërësi i ri i fushës në vëllim, etj. Stepdo hap kërkon shumë llogaritje, kështu që kërkon shumë kohë. Në FDTD të rrallë 3D, në vend që të llogaritni në secilin hap në secilin pikë të vëllimit, ruhet një listë e përbërësve të fushës që mund të korrespondojë teorikisht me një vëllim të madh arbitrar dhe të llogaritet vetëm për ato përbërës. Në secilin hap kohor, shtohen pikat ngjitur me përbërësit e fushës, ndërsa përbërësit e fushës nën një prag të caktuar të energjisë janë rënë. Për disa struktura, ky llogaritje mund të jetë disa urdhëra të madhësisë më shpejt se FDTD tradicionale 3D. Sidoqoftë, FDTD -të e rralla nuk performojnë mirë kur merren me strukturat shpërndarëse sepse kjo fushë fushe përhapet shumë, duke rezultuar në lista që janë shumë të gjata dhe të vështira për tu menaxhuar. Figura 1 tregon një pamje shembull të një simulimi 3D FDTD të ngjashëm me një ndarës rrezesh polarizimi (PBS).
Figura 1: Simulimi rezulton nga 3D i rrallë FDTD. (A) është një pamje kryesore e strukturës që simulohet, e cila është një bashkues i drejtuar. (B) tregon një pamje të një simulimi duke përdorur ngacmimin kuazi-TE. Të dy diagramet e mësipërme tregojnë pamjen kryesore të sinjaleve Quasi-Te dhe Quasi-TM, dhe të dy diagramet më poshtë tregojnë pamjen përkatëse të kryqëzimit. (C) tregon një pamje të një simulimi duke përdorur ngacmim Quasi-TM.
Koha e Postimit: Korrik-23-2024