Fotoninės integruotos grandinės dizainas

DizainasfotoninėIntegruota grandinė

Fotoninės integruotos grandinės(PIC) dažnai yra suprojektuoti naudojant matematinius scenarijus, nes kelio ilgio svarbi interferometruose ar kitose programose, kurios yra jautrios kelio ilgiui.Nuotraukayra pagamintas sudedant kelis sluoksnius (paprastai nuo 10 iki 30) ant vaflio, kurį sudaro daugybė daugiakampių formų, dažnai vaizduojamų GDSII formatu. Prieš siųsdami failą „Photomask“ gamintojui, labai pageidautina, kad būtų galima imituoti nuotrauką, kad patikrintumėte dizaino teisingumą. Modeliavimas yra padalintas į kelis lygius: žemiausias lygis yra trimatė elektromagnetinis (EM) modeliavimas, kai modeliavimas atliekamas povandeninio ilgio lygyje, nors medžiagos atomų sąveika tvarkoma makroskopine mastu. Tipiniai metodai apima trijų matmenų baigtinių skirtumų laiko sritį (3D FDTD) ir Eigenmode išplėtimą (EME). Šie metodai yra tiksliausi, tačiau yra nepraktiški per visą PIC modeliavimo laiką. Kitas lygis yra 2,5 matmens EM modeliavimas, pavyzdžiui, baigtinių skirtumų pluošto sklidimas (FD-BPM). Šie metodai yra daug greitesni, tačiau paaukokite tam tikrą tikslumą ir gali valdyti tik paraksinį sklidimą ir negali būti naudojamas, pavyzdžiui, modeliuojant rezonatorius. Kitas lygis yra 2D EM modeliavimas, pavyzdžiui, 2D FDTD ir 2D BPM. Jie taip pat yra greitesni, tačiau turi ribotą funkcionalumą, pavyzdžiui, jie negali imituoti poliarizacijos rotatorių. Kitas lygis yra perdavimo ir (arba) išsklaidymo matricos modeliavimas. Kiekvienas pagrindinis komponentas yra sumažintas iki įvesties ir išvesties komponento, o prijungtas bangolaidis sumažinamas iki fazės poslinkio ir silpnėjimo elemento. Šie modeliavimai yra ypač greiti. Išėjimo signalas gaunamas padauginus perdavimo matricą iš įvesties signalo. Išsklaidymo matrica (kurios elementai vadinami S-parameteriais) padaugina įvesties ir išvesties signalus iš vienos pusės, kad rastų įvesties ir išvesties signalus kitoje komponento pusėje. Iš esmės išsklaidymo matricoje yra atspindys elemento viduje. Išsklaidymo matrica paprastai yra dvigubai didesnė nei perdavimo matrica kiekviename matmenyje. Apibendrinant galima pasakyti, kad nuo 3D EM iki transmisijos/išsklaidymo matricos modeliavimo kiekvienas modeliavimo sluoksnis pateikia kompromisą tarp greičio ir tikslumo, o dizaineriai pasirenka tinkamą modeliavimo lygį savo specifiniams poreikiams optimizuoti projektavimo patvirtinimo procesą.

Tačiau pasikliaujant tam tikrų elementų elektromagnetiniu modeliavimu ir naudojant išsklaidymo/perdavimo matricą, kad imituotumėte visą PIC, negarantuoja visiškai teisingo projekto priešais srauto plokštelę. Pavyzdžiui, neteisingai apskaičiuojami kelio ilgiai, multimode bangolaidžiai, kurie nesugeba efektyviai slopinti aukštos eilės režimų, arba dviem bangolaidžiais, kurie yra per arti vienas kito, dėl kurių gali kilti netikėtų sujungimo problemų, greičiausiai nepastebimi modeliavimo metu. Taigi, nors pažangios modeliavimo įrankiai suteikia galingų projektavimo patvirtinimo galimybių, vis tiek reikia didelio budrumo ir kruopščios dizainerio patikrinimo, kartu su praktine patirtimi ir techninėmis žiniomis, kad būtų užtikrintas projektavimo tikslumas ir patikimumas bei sumažinta ir sumažina riziką, kad rizika yra. Srauto lapas.

Technika, vadinama negausu FDTD, leidžia 3D ir 2D FDTD modeliavimui atlikti tiesiogiai naudojant visą PIC dizainą, kad būtų galima patvirtinti dizainą. Nors bet kokiam elektromagnetinio modeliavimo įrankiui sunku imituoti labai didelio masto PIC, nedaug, FDTD gali imituoti gana didelę vietinę teritoriją. Tradiciniame 3D FDTD modeliavimas pradedamas inicijuoti šešis elektromagnetinio lauko komponentus, esančius konkrečiame kiekybiniame tūryje. Laikui bėgant, apskaičiuojamas naujas lauko komponentas tūrio ir pan. Kiekvienam žingsniui reikia daug skaičiavimo, todėl tai užtrunka ilgai. Nelabai 3D FDTD, užuot apskaičiavęs kiekviename žingsnyje kiekviename tūrio taške, išlaikomas lauko komponentų sąrašas, kuris teoriškai gali atitikti savavališkai didelį tūrį ir būti apskaičiuojamas tik tiems komponentams. Kiekvienu laiko žingsniu pridedami taškai, esantys šalia lauko komponentų, o lauko komponentai, esantys žemiau tam tikros galios slenksčio. Kai kurioms struktūroms šis skaičiavimas gali būti kelios laipsnio laipsniai greičiau nei tradicinis 3D FDTD. Tačiau nedaug FDTD neveikia, kai susiduria su dispersinėmis struktūromis, nes šis laiko laukas plinta per daug, todėl sąrašai yra per ilgi ir sunku valdyti. 1 paveiksle parodytas 3D FDTD modeliavimo ekrano kopija, panašus į poliarizacijos pluošto skirstytuvą (PBS).

1 paveikslas: Modeliavimo rezultatai iš 3D retaus FDTD. (A) yra iš viršaus modeliuojamos struktūros vaizdas, kuris yra kryptinis jungtis. (B) rodo modeliavimo ekrano kopiją, naudojant kvazi-Te sužadinimą. Aukščiau esančiose diagramose pavaizduotas viršutinis kvazi-Te ir kvazi-TM signalų vaizdas, o dviem žemiau esančiomis diagramomis parodyta atitinkamas skerspjūvio vaizdas. (C) rodo modeliavimo ekrano kopiją, naudojant kvazi-TM sužadinimą.