Dyluniad cylched integredig ffotonig

Dyluniad offotonigcylched integredig

Cylchedau integredig ffotonig(PIC) yn aml yn cael eu cynllunio gyda chymorth sgriptiau mathemategol oherwydd pwysigrwydd hyd llwybr mewn interferometers neu gymwysiadau eraill sy'n sensitif i hyd llwybr.PICyn cael ei gynhyrchu trwy batrymu haenau lluosog (10 i 30 fel arfer) ar wafer, sy'n cynnwys llawer o siapiau amlochrog, a gynrychiolir yn aml yn y fformat GDSII. Cyn anfon y ffeil at y gwneuthurwr mwgwd ffoto, mae'n ddymunol iawn gallu efelychu'r PIC i wirio cywirdeb y dyluniad. Rhennir yr efelychiad yn lefelau lluosog: 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 cyfyngedig (FD-BPM). Mae'r dulliau hyn yn llawer cyflymach, ond yn aberthu rhywfaint o gywirdeb a gallant drin lluosogiad paraxial yn unig ac ni ellir eu defnyddio i efelychu cyseinyddion, er enghraifft. Y lefel nesaf yw efelychiad 2D EM, fel 2D FDTD a 2D BPM. Mae'r rhain hefyd yn gyflymach, ond mae ganddynt ymarferoldeb cyfyngedig, fel na allant efelychu cylchdroadau polareiddio. Lefel arall yw efelychiad matrics trawsyrru a/neu wasgaru. Mae pob prif gydran yn cael ei leihau i gydran â mewnbwn ac allbwn, ac mae'r canllaw tonnau cysylltiedig yn cael ei leihau i elfen symudiad cam a gwanhau. Mae'r efelychiadau hyn yn hynod o gyflym. Ceir y signal allbwn trwy luosi'r matrics trawsyrru gyda'r signal mewnbwn. Mae'r matrics gwasgariad (y mae ei elfennau'n cael eu galw'n S-paramedrau) yn lluosi'r signalau mewnbwn ac allbwn ar un ochr i ddarganfod y signalau mewnbwn ac allbwn ar ochr arall y gydran. Yn y bôn, mae'r matrics gwasgariad yn cynnwys yr adlewyrchiad y tu mewn i'r elfen. Mae'r matrics gwasgariad fel arfer ddwywaith mor fawr â'r matrics trawsyrru ym mhob dimensiwn. I grynhoi, o 3D EM i efelychiad matrics trawsyrru/gwasgaru, mae pob haen o efelychiad yn cyflwyno cyfaddawd rhwng cyflymder a chywirdeb, ac mae dylunwyr yn dewis y lefel gywir o efelychiad ar gyfer eu hanghenion penodol i wneud y gorau o'r broses dilysu dyluniad.

Fodd bynnag, nid yw dibynnu ar efelychiad 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 hyd llwybr camgyfrifedig, canllawiau tonnau amlfodd sy'n methu ag atal moddau lefel uchel yn effeithiol, neu ddau dywysydd tonnau sy'n rhy agos at ei gilydd sy'n arwain at broblemau cyplu annisgwyl yn debygol o fynd heb eu canfod yn ystod efelychiad. Felly, er bod offer efelychu uwch yn darparu galluoedd dilysu dyluniad pwerus, mae'n dal i fod angen lefel 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'r risg o'r dyluniad. taflen 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 meintiol penodol. Wrth i amser fynd rhagddo, cyfrifir y gydran maes newydd yn y gyfrol, ac ati. Mae angen llawer o gyfrifo ar bob cam, felly mae'n cymryd amser hir. Mewn FDTD 3D gwasgaredig, yn hytrach na chyfrifo ar bob cam ar bob pwynt o'r gyfrol, cedwir rhestr o gydrannau maes a all gyfateb yn ddamcaniaethol i gyfaint mympwyol fawr a chael ei chyfrifo ar gyfer y cydrannau hynny yn unig. Ar bob cam tro, ychwanegir pwyntiau cyfagos at gydrannau maes, tra bod cydrannau maes o dan drothwy pŵer penodol yn cael eu gollwng. Ar gyfer rhai strwythurau, gall y cyfrifiant hwn fod yn nifer o orchmynion maint yn gyflymach na FDTD 3D traddodiadol. Fodd bynnag, nid yw FDTDS gwasgaredig yn perfformio'n dda wrth ddelio â strwythurau gwasgaredig oherwydd bod y maes amser hwn yn lledaenu gormod, gan arwain at restrau sy'n rhy hir ac anodd eu rheoli. Mae Ffigur 1 yn dangos sgrinlun enghreifftiol o efelychiad 3D FDTD tebyg i holltwr trawst polareiddio (PBS).

Ffigur 1: Canlyniadau efelychiad o FDTD gwasgaredig 3D. (A) yw golygfa uchaf o'r strwythur sy'n cael ei efelychu, sef cyplydd cyfeiriadol. (B) Yn dangos ciplun o efelychiad gan ddefnyddio cyffro lled-TE. Mae'r ddau ddiagram uchod yn dangos golygfa uchaf y signalau lled-TE a lled-TM, ac mae'r ddau ddiagram isod yn dangos yr olwg groestoriadol cyfatebol. (C) Yn dangos sgrinlun o efelychiad gan ddefnyddio cyffro lled-TM.


Amser postio: Gorff-23-2024