Dizainasfotoninisintegrinė grandinė
Fotoniniai integriniai grandynai(PIC) dažnai kuriami naudojant matematinius scenarijus dėl kelio ilgio svarbos interferometruose ar kitose srityse, kurios yra jautrios kelio ilgiui.PIKASyra gaminamas ant plokštelės uždedant kelis sluoksnius (paprastai nuo 10 iki 30), kurie sudaryti iš daugybės daugiakampių formų, dažnai vaizduojamų GDSII formatu. Prieš siunčiant failą fotokaukės gamintojui, labai pageidautina turėti galimybę imituoti PIC, kad būtų galima patikrinti projekto teisingumą. Modeliavimas yra padalintas į kelis lygius: žemiausias lygis yra trimatis elektromagnetinis (EM) modeliavimas, kuriame modeliavimas atliekamas subbangos ilgio lygmeniu, nors medžiagos atomų sąveika tvarkoma makroskopiniu mastu. Tipiniai metodai apima trimatį baigtinių skirtumų laiko srities (3D FDTD) ir tikrinio režimo išplėtimą (EME). Šie metodai yra tiksliausi, tačiau nepraktiški visam PIC modeliavimo laikui. Kitas lygis yra 2,5 matmenų EM modeliavimas, pvz., baigtinių skirtumų spindulio sklidimas (FD-BPM). Šie metodai yra daug greitesni, tačiau aukoja tam tikrą tikslumą ir gali apdoroti tik paraksialinį sklidimą ir negali būti naudojami, pavyzdžiui, rezonatoriams modeliuoti. Kitas lygis yra 2D EM modeliavimas, pvz., 2D FDTD ir 2D BPM. Jie taip pat yra greitesni, tačiau turi ribotą funkcionalumą, pvz., negali imituoti poliarizacijos rotatorių. Kitas lygis yra perdavimo ir (arba) sklaidos matricos modeliavimas. Kiekvienas pagrindinis komponentas yra redukuojamas iki komponento su įėjimu ir išėjimu, o prijungtas bangolaidis – iki fazės poslinkio ir slopinimo elemento. Šie modeliavimai yra itin greiti. Išėjimo signalas gaunamas padauginus perdavimo matricą iš įėjimo signalo. Sklaidos matrica (kurios elementai vadinami S parametrais) padaugina įvesties ir išėjimo signalus vienoje pusėje, kad rastų įvesties ir išėjimo signalus kitoje komponento pusėje. Iš esmės sklaidos matrica apima atspindį elemento viduje. Sklaidos matrica paprastai yra dvigubai didesnė už perdavimo matricą kiekviename matmenyje. Apibendrinant galima teigti, kad nuo 3D EM iki perdavimo / sklaidos matricos modeliavimo kiekvienas modeliavimo sluoksnis pateikia kompromisą tarp greičio ir tikslumo, o projektuotojai pasirenka tinkamą modeliavimo lygį pagal savo konkrečius poreikius, kad optimizuotų projektavimo patvirtinimo procesą.
Tačiau pasikliaujant tam tikrų elementų elektromagnetiniu modeliavimu ir naudojant sklaidos/perdavimo matricą visam PIC modeliavimui, negarantuojama visiškai teisingo projektavimo prieš srauto plokštę. Pavyzdžiui, neteisingai apskaičiuoti kelio ilgiai, daugiamodiai bangolaidžiai, kurie efektyviai neslopina aukšto lygio modų, arba du bangolaidžiai, esantys per arti vienas kito, dėl kurių kyla netikėtų sujungimo problemų, modeliavimo metu greičiausiai nebus aptikti. Todėl, nors pažangios modeliavimo priemonės suteikia galingas projektavimo patvirtinimo galimybes, projektuotojas vis tiek turi būti labai budrus ir atidžiai tikrinamas, kartu turėdamas praktinės patirties ir techninių žinių, kad būtų užtikrintas projektavimo tikslumas ir patikimumas bei sumažinta srauto schemos rizika.
Retesniojo FDTD metodas leidžia atlikti 3D ir 2D FDTD modeliavimą tiesiogiai su visu PIC projektu, siekiant patvirtinti projektą. Nors bet kokiam elektromagnetinio modeliavimo įrankiui sunku imituoti labai didelio masto PIC, retasis FDTD gali imituoti gana didelę vietinę sritį. Tradiciniame 3D FDTD modeliavimas pradedamas inicijuojant šešis elektromagnetinio lauko komponentus konkrečiame kvantuotame tūryje. Laikui bėgant, apskaičiuojamas naujas lauko komponentas tūryje ir taip toliau. Kiekvienas žingsnis reikalauja daug skaičiavimų, todėl užtrunka ilgai. Retajame 3D FDTD, užuot skaičiuojant kiekviename žingsnyje kiekviename tūrio taške, laikomas lauko komponentų sąrašas, kuris teoriškai gali atitikti savavališkai didelį tūrį ir būti apskaičiuojamas tik tiems komponentams. Kiekviename laiko žingsnyje pridedami taškai, esantys greta lauko komponentų, o lauko komponentai, esantys žemiau tam tikros galios ribos, atmetami. Kai kurioms struktūroms šis skaičiavimas gali būti keliais dydžio eilėmis greitesnis nei tradiciniame 3D FDTD. Tačiau retos FDTTD sistemos nėra gerai veikiančios dirbant su dispersinėmis struktūromis, nes šis laiko laukas per daug išplinta, todėl sąrašai tampa per ilgi ir sunkiai valdomi. 1 paveiksle pateiktas 3D FDTD modeliavimo, panašaus į poliarizacijos spindulio daliklį (PBS), ekrano kopijos pavyzdys.
1 pav.: Trimačio išretinto FDTD modeliavimo rezultatai. (A) – modeliuojamos struktūros, kuri yra kryptinis jungiklis, vaizdas iš viršaus. (B) – modeliavimo naudojant kvazi-TE sužadinimą ekrano kopija. Dviejose aukščiau pateiktose diagramose parodytas kvazi-TE ir kvazi-TM signalų vaizdas iš viršaus, o dviejose žemiau esančiose diagramose – atitinkamas skerspjūvio vaizdas. (C) – modeliavimo naudojant kvazi-TM sužadinimą ekrano kopija.
Įrašo laikas: 2024 m. liepos 23 d.