Дизайнфотондукинтегралдык микросхема
Фотондук интегралдык микросхемалар(PIC) көбүнчө математикалык сценарийлердин жардамы менен иштелип чыгат, анткени интерферометрлерде же жолдун узундугуна сезгич башка колдонмолордо жолдун узундугунун мааниси чоң.Сүрөткөп бурчтуу формалардан турган, көбүнчө GDSII форматында көрсөтүлгөн пластинага бир нече катмарларды (адатта 10дон 30га чейин) басып чыгаруу жолу менен жасалат. Файлды фотомаска өндүрүүчүсүнө жөнөтүүдөн мурун, дизайндын тууралыгын текшерүү үчүн PICти симуляциялоо мүмкүнчүлүгү абдан зарыл. Симуляция бир нече деңгээлге бөлүнөт: эң төмөнкү деңгээл - үч өлчөмдүү электромагниттик (ЭЭ) симуляция, мында симуляция толкун узундугунан төмөн деңгээлде жүргүзүлөт, бирок материалдагы атомдордун ортосундагы өз ара аракеттенүүлөр макроскопиялык масштабда иштетилет. Типтүү ыкмаларга үч өлчөмдүү чектүү айырма убакыт домени (3D FDTD) жана өздүк режимди кеңейтүү (ЭЭ) кирет. Бул ыкмалар эң так, бирок бүтүндөй PIC симуляция убактысы үчүн практикалык эмес. Кийинки деңгээл - 2,5 өлчөмдүү ЭЭ симуляциясы, мисалы, чектүү айырма нурунун таралышы (FD-BPM). Бул ыкмалар алда канча тез, бирок бир аз тактыкты курмандыкка чалат жана параксиалдык таралууну гана иштете алат жана мисалы, резонаторлорду симуляциялоо үчүн колдонулбайт. Кийинки деңгээл - 2D FDTD жана 2D BPM сыяктуу 2D ЭМ симуляциясы. Булар дагы тезирээк, бирок чектелүү функцияга ээ, мисалы, алар поляризация ротаторлорун симуляциялай алышпайт. Дагы бир деңгээл - өткөрүү жана/же чачыратуу матрицасын симуляциялоо. Ар бир негизги компонент киргизүү жана чыгаруу менен компонентке чейин азайтылат, ал эми туташкан толкун өткөргүч фазалык жылышууга жана басаңдатуу элементине чейин азайтылат. Бул симуляциялар өтө тез. Чыгаруучу сигнал берүү матрицасын киргизүү сигналына көбөйтүү менен алынат. Чачыратуу матрицасы (анын элементтери S-параметрлери деп аталат) компоненттин экинчи тарабындагы киргизүү жана чыгаруу сигналдарын табуу үчүн бир тараптагы киргизүү жана чыгаруу сигналдарын көбөйтөт. Негизинен, чачыратуу матрицасы элементтин ичиндеги чагылышууну камтыйт. Чачыратуу матрицасы, адатта, ар бир өлчөмдөгү берүү матрицасынан эки эсе чоң. Кыскасы, 3D ЭМден берүү/чачыратуу матрицасын симуляциялоого чейин, симуляциянын ар бир катмары ылдамдык менен тактыктын ортосундагы компромиссти көрсөтөт жана дизайнерлер дизайнды текшерүү процессин оптималдаштыруу үчүн өздөрүнүн өзгөчө муктаждыктарына туура келген симуляция деңгээлин тандашат.
Бирок, айрым элементтердин электромагниттик симуляциясына таянуу жана бүтүндөй PICти симуляциялоо үчүн чачыратуу/өткөрүү матрицасын колдонуу агым пластинасынын алдында толугу менен туура дизайнды кепилдебейт. Мисалы, туура эмес эсептелген жол узундуктары, жогорку тартиптеги режимдерди натыйжалуу басууга жөндөмсүз болгон көп режимдүү толкун өткөргүчтөр же күтүлбөгөн байланыш көйгөйлөрүнө алып келген бири-бирине өтө жакын жайгашкан эки толкун өткөргүч симуляция учурунда байкалбай калышы мүмкүн. Ошондуктан, өркүндөтүлгөн симуляция куралдары күчтүү дизайнды текшерүү мүмкүнчүлүктөрүн камсыз кылганы менен, долбоордун тактыгын жана ишенимдүүлүгүн камсыз кылуу жана агым сызыгынын тобокелдигин азайтуу үчүн дизайнер тарабынан жогорку деңгээлдеги сергектик жана кылдат текшерүү, практикалык тажрыйба жана техникалык билим менен айкалыштырылган талап кылынат.
Сейрек FDTD деп аталган ыкма долбоорду текшерүү үчүн 3D жана 2D FDTD симуляцияларын толук PIC долбоорунда түздөн-түз аткарууга мүмкүндүк берет. Кандайдыр бир электромагниттик симуляция куралы үчүн өтө чоң масштабдагы PICти симуляциялоо кыйын болсо да, сейрек FDTD бир топ чоң жергиликтүү аймакты симуляциялай алат. Салттуу 3D FDTDде симуляция белгилүү бир квантталган көлөмдүн ичиндеги электромагниттик талаанын алты компонентин инициализациялоодон башталат. Убакыттын өтүшү менен көлөмдөгү жаңы талаа компоненти эсептелет жана башкалар. Ар бир кадам көп эсептөөнү талап кылат, ошондуктан көп убакытты талап кылат. Сейрек 3D FDTDде көлөмдүн ар бир чекитинде ар бир кадамда эсептөөнүн ордуна, теориялык жактан чоң көлөмгө туура келе турган жана ошол компоненттер үчүн гана эсептеле турган талаа компоненттеринин тизмеси сакталат. Ар бир убакыт кадамында талаа компоненттерине жанаша чекиттер кошулат, ал эми белгилүү бир кубаттуулук босогосунан төмөн талаа компоненттери алынып салынат. Айрым структуралар үчүн бул эсептөө салттуу 3D FDTDге караганда бир нече эсе тезирээк болушу мүмкүн. Бирок, сейрек кездешүүчү FDTDS дисперсиялык структуралар менен иштөөдө жакшы натыйжа бербейт, анткени бул убакыт талаасы өтө көп жайылып, өтө узун жана башкаруу кыйын болгон тизмелерге алып келет. 1-сүрөттө поляризация нурун бөлгүчкө (PBS) окшош 3D FDTD симуляциясынын скриншоту көрсөтүлгөн.
1-сүрөт: 3D сейрек FDTDден алынган симуляциянын жыйынтыктары. (A) - бул багыттагы бириктиргич болгон симуляцияланып жаткан түзүлүштүн үстүнкү көрүнүшү. (B) Квази-TE козголушун колдонуу менен симуляциянын скриншотун көрсөтөт. Жогорудагы эки диаграмма квази-TE жана квази-TM сигналдарынын үстүнкү көрүнүшүн, ал эми төмөндөгү эки диаграмма тиешелүү кесилиш көрүнүшүн көрсөтөт. (C) Квази-TM козголушун колдонуу менен симуляциянын скриншотун көрсөтөт.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 23-июлу