Dizajni ifotonikqark i integruar
Qarqet e integruara fotonike(PIC) shpesh projektohen me ndihmën e skripteve matematikore për shkak të rëndësisë së gjatësisë së shtegut në interferometra ose aplikacione të tjera që janë të ndjeshme ndaj gjatësisë së shtegut.PICprodhohet duke modeluar shtresa të shumëfishta (zakonisht 10 deri në 30) në një pllakë, të cilat përbëhen nga shumë forma poligonale, shpesh të përfaqësuara në formatin GDSII. Para se të dërgoni skedarin te prodhuesi i fotomaskës, është shumë e dëshirueshme të jeni në gjendje të simuloni PIC për të verifikuar saktësinë e dizajnit. Simulimi ndahet në nivele të shumëfishta: niveli më i ulët është simulimi tre-dimensional elektromagnetik (EM), ku simulimi kryhet në nivelin nën-gjatësi vale, megjithëse ndërveprimet midis atomeve në material trajtohen në shkallë makroskopike. Metodat tipike përfshijnë Domenin Kohor tre-dimensional me diferencë të fundme (3D FDTD) dhe zgjerimin e modalitetit vetjak (EME). Këto metoda janë më të saktat, por janë jopraktike për të gjithë kohën e simulimit PIC. Niveli tjetër është simulimi EM 2.5-dimensional, siç është përhapja e rrezes 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, siç janë 2D FDTD dhe 2D BPM. Këto janë gjithashtu më të shpejta, por kanë funksionalitet të kufizuar, siç janë ato që 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 valëpërçuesi i lidhur reduktohet në një element zhvendosjeje faze dhe dobësimi. Këto simulime janë jashtëzakonisht të shpejta. Sinjali i daljes merret duke shumëzuar matricën e transmetimit me sinjalin e hyrjes. Matrica e shpërndarjes (elementët 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 secilin dimension. Në përmbledhje, nga simulimi 3D EM në simulimin e matricës së transmetimit/shpërndarjes, çdo shtresë e simulimit paraqet një kompromis midis shpejtësisë dhe saktësisë, dhe projektuesit zgjedhin nivelin e duhur të simulimit për nevojat e tyre specifike për të optimizuar procesin e validimit të projektimit.
Megjithatë, mbështetja në simulimin elektromagnetik të elementëve të caktuar dhe përdorimi i një matrice shpërndarjeje/transferimi për të simuluar të gjithë PIC nuk garanton një dizajn plotësisht të saktë përpara pllakës së rrjedhjes. Për shembull, gjatësitë e gabuara të shtigjeve, valëpërçuesit shumëmodësh që nuk arrijnë të shtypin në mënyrë efektive modat e rendit të lartë ose dy valëpërçues që janë shumë afër njëri-tjetrit që çojnë në probleme të papritura të çiftëzimit ka të ngjarë të mos zbulohen gjatë simulimit. Prandaj, megjithëse mjetet e përparuara të simulimit ofrojnë aftësi të fuqishme të validimit të dizajnit, kjo ende kërkon një shkallë të lartë vigjilence dhe inspektim të kujdesshëm nga projektuesi, të kombinuar me përvojë praktike dhe njohuri teknike, për të siguruar saktësinë dhe besueshmërinë e dizajnit dhe për të zvogëluar rrezikun e fletës së rrjedhjes.
Një teknikë e quajtur FDTD e rrallë lejon që simulimet 3D dhe 2D FDTD të kryhen direkt në një dizajn të plotë PIC për të validuar dizajnin. Edhe pse është e vështirë për çdo mjet simulimi elektromagnetik të simulojë një PIC në shkallë shumë të madhe, FDTD e rrallë është në gjendje të simulojë një zonë lokale mjaft të madhe. Në FDTD tradicionale 3D, simulimi fillon duke inicializuar gjashtë komponentët e fushës elektromagnetike brenda një vëllimi specifik të kuantizuar. Me kalimin e kohës, llogaritet komponenti i ri i fushës në vëllim e kështu me radhë. Çdo hap kërkon shumë llogaritje, kështu që duhet shumë kohë. Në FDTD të rrallë 3D, në vend që të llogaritet në çdo hap në çdo pikë të vëllimit, mbahet një listë e komponentëve të fushës që teorikisht mund të korrespondojnë me një vëllim arbitrarisht të madh dhe të llogariten vetëm për ata komponentë. Në çdo hap kohor, shtohen pikat ngjitur me komponentët e fushës, ndërsa komponentët e fushës nën një prag të caktuar fuqie hiqen. Për disa struktura, kjo llogaritje mund të jetë disa urdhra madhësie më e shpejtë se FDTD tradicionale 3D. Megjithatë, FDTDS-të e rralla nuk performojnë mirë kur merren 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 një pamjeje të ekranit të një simulimi 3D FDTD të ngjashëm me një ndarës rrezesh polarizimi (PBS).
Figura 1: Rezultatet e simulimit nga FDTD e rrallë 3D. (A) është një pamje nga lart e strukturës që simulohet, e cila është një bashkues drejtues. (B) Tregon një pamje të ekranit të një simulimi duke përdorur ngacmim kuazi-TE. Dy diagramet e mësipërme tregojnë pamjen nga lart të sinjaleve kuazi-TE dhe kuazi-TM, dhe dy diagramet më poshtë tregojnë pamjen përkatëse të prerjes tërthore. (C) Tregon një pamje të ekranit të një simulimi duke përdorur ngacmim kuazi-TM.
Koha e postimit: 23 korrik 2024