Dyluniadffotonigcylched integredig
Cylchedau integredig ffotonigYn aml, caiff (PIC) eu cynllunio gyda chymorth sgriptiau mathemategol oherwydd pwysigrwydd hyd y llwybr mewn interferomedrau neu gymwysiadau eraill sy'n sensitif i hyd y llwybr.PICwedi'i gynhyrchu trwy batrymu haenau lluosog (fel arfer 10 i 30) ar waffer, sy'n cynnwys llawer o siapiau polygonal, a gynrychiolir yn aml yn y fformat GDSII. Cyn anfon y ffeil at wneuthurwr y ffotomasg, mae'n ddymunol iawn gallu efelychu'r PIC i wirio cywirdeb y dyluniad. Mae'r efelychiad wedi'i rannu'n sawl lefel: y lefel isaf yw'r efelychiad electromagnetig tri dimensiwn (EM), lle mae'r efelychiad yn cael ei berfformio ar y lefel is-donfedd, er bod y rhyngweithiadau rhwng atomau yn y deunydd yn cael eu trin ar y raddfa macrosgopig. Mae dulliau nodweddiadol yn cynnwys Parth Amser gwahaniaeth meidraidd tri dimensiwn (3D FDTD) ac ehangu eigenmode (EME). Y dulliau hyn yw'r rhai mwyaf cywir, ond maent yn anymarferol ar gyfer yr amser efelychu PIC cyfan. Y lefel nesaf yw efelychiad EM 2.5-dimensiwn, megis lluosogi trawst gwahaniaeth meidraidd (FD-BPM). Mae'r dulliau hyn yn llawer cyflymach, ond maent yn aberthu rhywfaint o gywirdeb a dim ond lluosogi paraxial y gallant ei drin ac ni ellir eu defnyddio i efelychu atseinyddion, er enghraifft. Y lefel nesaf yw efelychu EM 2D, fel FDTD 2D a BPM 2D. Mae'r rhain hefyd yn gyflymach, ond mae ganddynt swyddogaeth gyfyngedig, fel na allant efelychu cylchdroyddion polareiddio. Lefel bellach yw efelychu matrics trosglwyddo a/neu wasgaru. Mae pob prif gydran yn cael ei lleihau i gydran gyda mewnbwn ac allbwn, ac mae'r tonfedd cysylltiedig yn cael ei leihau i elfen symudiad cyfnod a gwanhau. Mae'r efelychiadau hyn yn hynod gyflym. Ceir y signal allbwn trwy luosi'r matrics trosglwyddo â'r signal mewnbwn. Mae'r matrics gwasgaru (y mae ei elfennau'n cael eu galw'n baramedrau-S) yn lluosi'r signalau mewnbwn ac allbwn ar un ochr i ddod o hyd i'r signalau mewnbwn ac allbwn ar ochr arall y gydran. Yn y bôn, mae'r matrics gwasgaru yn cynnwys yr adlewyrchiad y tu mewn i'r elfen. Mae'r matrics gwasgaru fel arfer ddwywaith mor fawr â'r matrics trosglwyddo ym mhob dimensiwn. I grynhoi, o EM 3D i efelychu matrics trosglwyddo/gwasgaru, mae pob haen o efelychu yn cyflwyno cyfaddawd rhwng cyflymder a chywirdeb, ac mae dylunwyr yn dewis y lefel gywir o efelychu ar gyfer eu hanghenion penodol i optimeiddio'r broses ddilysu dylunio.
Fodd bynnag, nid yw dibynnu ar efelychu electromagnetig o rai elfennau a defnyddio matrics gwasgaru/trosglwyddo i efelychu'r PIC cyfan yn gwarantu dyluniad cwbl gywir o flaen y plât llif. Er enghraifft, mae'n debygol y bydd hyd llwybrau wedi'u cyfrifo'n anghywir, tywysyddion tonnau aml-fodd sy'n methu ag atal moddau uchel-drefn yn effeithiol, neu ddau dywysydd tonnau sy'n rhy agos at ei gilydd sy'n arwain at broblemau cyplu annisgwyl yn mynd heb eu canfod yn ystod yr efelychu. Felly, er bod offer efelychu uwch yn darparu galluoedd dilysu dyluniad pwerus, mae'n dal i fod angen gradd uchel o wyliadwriaeth ac archwiliad gofalus gan y dylunydd, ynghyd â phrofiad ymarferol a gwybodaeth dechnegol, i sicrhau cywirdeb a dibynadwyedd y dyluniad a lleihau risg y daflen llif.
Mae techneg o'r enw FDTD gwasgaredig yn caniatáu i efelychiadau FDTD 3D a 2D gael eu perfformio'n uniongyrchol ar ddyluniad PIC cyflawn i ddilysu'r dyluniad. Er ei bod yn anodd i unrhyw offeryn efelychu electromagnetig efelychu PIC ar raddfa fawr iawn, mae'r FDTD gwasgaredig yn gallu efelychu ardal leol eithaf mawr. Mewn FDTD 3D traddodiadol, mae'r efelychiad yn dechrau trwy gychwyn chwe chydran y maes electromagnetig o fewn cyfaint meintioli penodol. Wrth i amser fynd yn ei flaen, cyfrifir y gydran maes newydd yn y gyfaint, ac yn y blaen. Mae pob cam yn gofyn am lawer o gyfrifo, felly mae'n cymryd amser hir. Mewn FDTD 3D gwasgaredig, yn lle cyfrifo ym mhob cam ym mhob pwynt o'r gyfaint, cynhelir rhestr o gydrannau maes a all gyfateb yn ddamcaniaethol i gyfaint fawr fympwyol a'i chyfrifo ar gyfer y cydrannau hynny yn unig. Ym mhob cam amser, ychwanegir pwyntiau sy'n gyfagos i gydrannau maes, tra bod cydrannau maes islaw trothwy pŵer penodol yn cael eu gollwng. Ar gyfer rhai strwythurau, gall y cyfrifiad hwn fod sawl trefn maint yn gyflymach na FDTD 3D traddodiadol. Fodd bynnag, nid yw FDTDS gwasgaredig yn perfformio'n dda wrth ddelio â strwythurau gwasgarol oherwydd bod y maes amser hwn yn ymledu gormod, gan arwain at restrau sy'n rhy hir ac yn anodd eu rheoli. Mae Ffigur 1 yn dangos sgrinlun enghreifftiol o efelychiad FDTD 3D tebyg i holltwr trawst polareiddio (PBS).
Ffigur 1: Canlyniadau efelychu o FDTD gwasgaredig 3D. (A) yn olygfa uchaf o'r strwythur sy'n cael ei efelychu, sef cyplydd cyfeiriadol. (B) Yn dangos sgrinlun o efelychiad gan ddefnyddio cyffroi cwasi-TE. Mae'r ddau ddiagram uchod yn dangos yr olygfa uchaf o'r signalau cwasi-TE a cwasi-TM, ac mae'r ddau ddiagram isod yn dangos yr olygfa drawsdoriadol gyfatebol. (C) Yn dangos sgrinlun o efelychiad gan ddefnyddio cyffroi cwasi-TM.
Amser postio: Gorff-23-2024