Дизайнфотоникалыкинтегралдык микросхема
Фотоникалык интегралдык схемалар(PIC) көбүнчө математикалык сценарийлердин жардамы менен иштелип чыккан, анткени интерферометрлерде же жолдун узундугуна сезимтал болгон башка колдонмолордо жолдун узундугу маанилүү.PICКөптөгөн көп бурчтуу фигуралардан турган, көбүнчө GDSII форматында көрсөтүлгөн пластинкага бир нече катмарды (адатта 10дон 30га чейин) тегиздөө жолу менен даярдалат. Файлды фотомаска өндүрүүчүсүнө жөнөтүүдөн мурун, дизайндын тууралыгын текшерүү үчүн PICди симуляциялоо мүмкүнчүлүгүнө ээ болуу абзел. Модельдештирүү бир нече деңгээлдерге бөлүнөт: эң төмөнкү деңгээл үч өлчөмдүү электромагниттик (ЭМ) симуляция, мында симуляция суб-толкун узундугунун деңгээлинде аткарылат, бирок материалдагы атомдордун өз ара аракеттенүүсү макроскопиялык масштабда каралат. Типтүү методдорго үч өлчөмдүү чектүү айырмачылык Убакыт-домен (3D FDTD) жана өздүк режимди кеңейтүү (EME) кирет. Бул ыкмалар эң так, бирок PIC симуляциясынын бүткүл убактысы үчүн практикалык эмес. Кийинки деңгээл 2,5 өлчөмдүү EM симуляциясы, мисалы, чектүү айырмалык нурдун таралышы (FD-BPM). Бул ыкмалар бир топ ылдамыраак, бирок кээ бир тактыкты курмандыкка чалышат жана параксиалдык таралууну гана чече алышат жана мисалы, резонаторлорду симуляциялоо үчүн колдонулбайт. Кийинки деңгээл 2D FDTD жана 2D BPM сыяктуу 2D EM симуляциясы. Булар дагы ылдамыраак, бирок функциялары чектелген, мисалы, поляризация ротаторлорун окшоштура албайт. Андан аркы деңгээл - берүү жана/же чачыратуу матрицанын симуляциясы. Ар бир негизги компонент киргизүү жана чыгаруу менен компонентке кыскартылат, ал эми туташкан толкун өткөргүч фазалык жылыш жана басаңдатуу элементине азаят. Бул симуляциялар абдан тез. Чыгуу сигналы берүү матрицасын кириш сигналына көбөйтүү жолу менен алынат. Чачыратуу матрицасы (анын элементтери S-параметрлери деп аталат) компоненттин экинчи тарабындагы кириш жана чыгуу сигналдарын табуу үчүн бир тараптан кириш жана чыгуу сигналдарын көбөйтөт. Негизинен, чачыранды матрица элементтин ичиндеги чагылдырууну камтыйт. Чачыратуу матрицасы адатта ар бир өлчөмдө берүү матрицасына караганда эки эсе чоң. Жыйынтыктап айтканда, 3D EMден өткөрүү/чачыратуу матрицасын симуляциясына чейин, симуляциянын ар бир катмары ылдамдык менен тактыктын ортосундагы айырманы көрсөтөт жана дизайнерлер дизайнды валидациялоо процессин оптималдаштыруу үчүн өздөрүнүн өзгөчө муктаждыктары үчүн туура симуляция деңгээлин тандашат.
Бирок, кээ бир элементтердин электромагниттик моделдештирүүгө таянуу жана бүт PIC симуляциялоо үчүн чачыранды/өткөрүү матрицасын колдонуу агым плитасынын алдында толугу менен туура дизайнга кепилдик бербейт. Мисалы, туура эмес эсептелген жол узундуктары, жогорку тартиптеги режимдерди эффективдүү басаңдата албаган көп режимдүү толкун өткөргүчтөр же бири-бирине өтө жакын болгон эки толкун өткөргүч күтүлбөгөн туташтыруу көйгөйлөрүнө алып келип, симуляция учурунда байкалбай калышы мүмкүн. Ошондуктан, өнүккөн симуляциялык инструменттер дизайнды валидациялоонун күчтүү мүмкүнчүлүктөрүн камсыз кылса да, долбоорлоонун тактыгын жана ишенимдүүлүгүн камсыз кылуу жана долбоорлоо коркунучун азайтуу үчүн дагы эле жогорку деңгээлде сергектикти жана конструктордон практикалык тажрыйба жана техникалык билим менен бирге кылдат текшерүүнү талап кылат. агым барагы.
Сейрек FDTD деп аталган техника 3D жана 2D FDTD симуляцияларын түз толук PIC дизайнында аткарууга мүмкүндүк берет, дизайнды ырастоо үчүн. Кандайдыр бир электромагниттик симуляция куралы үчүн өтө чоң масштабдагы PICди имитациялоо кыйын болсо да, сейрек FDTD кыйла чоң локалдык аймакты симуляциялай алат. Салттуу 3D FDTDде симуляция белгилүү бир квантталган көлөмдө электромагниттик талаанын алты компонентин инициализациялоо менен башталат. Убакыттын өтүшү менен көлөмдөгү жаңы талаа компоненти эсептелинет ж.б.у.с. 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 өзүм билемдик менен чоң көлөмгө туура келген жана ошол компоненттер үчүн гана эсептеле турган талаа компоненттеринин тизмеси сакталат. Ар бир убакыт кадамында талаа компоненттерине чектеш чекиттер кошулат, ал эми белгилүү бир күч босогосунан төмөн талаа компоненттери түшүрүлөт. Кээ бир структуралар үчүн, бул эсептөө салттуу 3D FDTD караганда ылдамыраак бир нече буйрук болушу мүмкүн. Бирок, сейрек FDTDS дисперсиялык структуралар менен иштөөдө жакшы иштебейт, анткени бул убакыт талаасы өтө көп жайылып, тизмелер өтө узун жана башкаруу кыйынга турат. 1-сүрөттө поляризациялык нур бөлгүчкө (PBS) окшош 3D FDTD симуляциясынын скриншоту көрсөтүлгөн.
1-сүрөт: 3D сейрек FDTDден симуляциянын натыйжалары. (A) – багыттуу бириктиргич болуп саналган түзүлүштүн үстүнкү көрүнүшү. (B) Квази-TE дүүлүктүрүү аркылуу симуляциянын скриншотун көрсөтөт. Жогорудагы эки диаграмма квази-ТЭ жана квази-TM сигналдарынын үстүнкү көрүнүшүн, ал эми төмөндөгү эки диаграммада тиешелүү кесилиш көрүнүшүн көрсөтөт. (C) Квази-TM дүүлүктүрүү аркылуу симуляциянын скриншотун көрсөтөт.
Посттун убактысы: 23-июль-2024