Dizainasfotoninisintegrinis grandynas
Fotoniniai integriniai grandynai(PIC) dažnai kuriami naudojant matematinius scenarijus, nes kelio ilgis yra svarbus interferometruose ar kitose programose, kurios yra jautrios kelio ilgiui.PICgaminamas ant plokštelės užtepant kelis sluoksnius (paprastai nuo 10 iki 30), sudarytus iš daugelio daugiakampių formų, dažnai pavaizduotų GDSII formatu. Prieš siunčiant failą fotokaukės gamintojui, labai pageidautina turėti galimybę imituoti PIC, kad būtų galima patikrinti konstrukcijos teisingumą. Modeliavimas suskirstytas į kelis lygius: žemiausias lygis yra trimatis elektromagnetinis (EM) modeliavimas, kai modeliavimas atliekamas subbangos lygiu, nors sąveika tarp medžiagos atomų yra tvarkoma makroskopiniu mastu. Tipiški metodai apima trimatę baigtinių skirtumų laiko domeną (3D FDTD) ir savojo režimo išplėtimą (EME). Šie metodai yra tiksliausi, bet nepraktiški per visą PIC modeliavimo laiką. Kitas lygis yra 2,5 dimensijos EM modeliavimas, pvz., baigtinių skirtumų pluošto sklidimas (FD-BPM). Šie metodai yra daug greitesni, tačiau paaukoti tam tikrą tikslumą ir gali valdyti tik paraksialinį sklidimą ir negali būti naudojami, pavyzdžiui, rezonatoriams imituoti. Kitas lygis yra 2D EM modeliavimas, pvz., 2D FDTD ir 2D BPM. Jie taip pat yra greitesni, tačiau turi ribotą funkcionalumą, pavyzdžiui, negali imituoti poliarizacijos rotatorių. Kitas lygis yra perdavimo ir (arba) sklaidos matricos modeliavimas. Kiekvienas pagrindinis komponentas redukuojamas į komponentą su įėjimu ir išėjimu, o prijungtas bangolaidis sumažinamas iki fazės poslinkio ir slopinimo elemento. Šie modeliai yra labai greiti. Išvesties signalas gaunamas padauginus perdavimo matricą iš įvesties signalo. Sklaidos matrica (kurios elementai vadinami S parametrais) padaugina įvesties ir išvesties signalus vienoje pusėje, kad surastų įvesties ir išvesties signalus kitoje komponento pusėje. Iš esmės sklaidos matricoje yra atspindys elemento viduje. Sklaidos matrica paprastai yra dvigubai didesnė už perdavimo matricą kiekviename matmenyje. Apibendrinant galima pasakyti, kad nuo 3D EM iki perdavimo / sklaidos matricos modeliavimo, kiekvienas modeliavimo sluoksnis yra greičio ir tikslumo kompromisas, o dizaineriai pasirenka tinkamą modeliavimo lygį pagal savo specifinius poreikius, kad optimizuotų projekto patvirtinimo procesą.
Tačiau pasitikėjimas tam tikrų elementų elektromagnetiniu modeliavimu ir sklaidos/perdavimo matricos naudojimas visam PIC modeliavimui negarantuoja visiškai teisingos konstrukcijos prieš srauto plokštę. Pavyzdžiui, klaidingai apskaičiuoti kelio ilgiai, daugiamodiai bangolaidžiai, kurie nesugeba efektyviai nuslopinti aukšto lygio režimų, arba du bangolaidžiai, kurie yra per arti vienas kito, todėl gali kilti netikėtų sujungimo problemų, modeliavimo metu gali likti nepastebėti. Todėl, nors pažangūs modeliavimo įrankiai suteikia galingas projekto patvirtinimo galimybes, vis tiek reikia didelio budrumo ir kruopštaus projektuotojo patikrinimo, kartu su praktine patirtimi ir techninėmis žiniomis, kad būtų užtikrintas projekto tikslumas ir patikimumas bei sumažinta projektavimo rizika. srauto lapas.
Metodas, vadinamas retuoju FDTD, leidžia 3D ir 2D FDTD modeliavimą atlikti tiesiogiai naudojant visą PIC projektą, kad būtų patvirtintas dizainas. Nors bet kokiam elektromagnetinio modeliavimo įrankiui sunku imituoti labai didelio masto PIC, retas FDTD gali imituoti gana didelę vietinę sritį. Tradiciniame 3D FDTD modeliavimas prasideda inicijuojant šešis elektromagnetinio lauko komponentus tam tikrame kvantuotame tūryje. Laikui bėgant, apskaičiuojamas naujas tūrio lauko komponentas ir pan. Kiekvienas žingsnis reikalauja daug skaičiavimo, todėl užtrunka ilgai. Negausiame 3D FDTD, užuot skaičiuojant kiekviename žingsnyje kiekviename tūrio taške, išlaikomas lauko komponentų sąrašas, kuris teoriškai gali atitikti savavališkai didelį tūrį ir būti skaičiuojamas tik tiems komponentams. Kiekviename laiko etape pridedami taškai, esantys šalia lauko komponentų, o lauko komponentai, esantys žemiau tam tikros galios slenksčio, yra atmetami. Kai kurioms struktūroms šis skaičiavimas gali būti keliomis eilėmis greitesnis nei tradicinis 3D FDTD. Tačiau negausūs FDTDS neveikia gerai dirbant su išsklaidytomis struktūromis, nes šis laiko laukas išplinta per daug, todėl sąrašai yra per ilgi ir sunkiai valdomi. 1 paveiksle parodytas 3D FDTD modeliavimo, panašaus į poliarizacijos pluošto skirstytuvą (PBS), ekrano kopija.
1 paveikslas: 3D reto FDTD modeliavimo rezultatai. (A) yra modeliuojamos konstrukcijos vaizdas iš viršaus, kuris yra kryptinė jungtis. (B) Rodo modeliavimo, naudojant kvazi-TE sužadinimą, ekrano kopiją. Dvi aukščiau pateiktos diagramos rodo kvazi-TE ir kvazi-TM signalų vaizdą iš viršaus, o toliau pateiktose dviejose diagramose rodomas atitinkamas skerspjūvio vaizdas. (C) Rodo modeliavimo, naudojant kvazi-TM sužadinimą, ekrano kopiją.
Paskelbimo laikas: 2024-07-23