Dizaynifotonikintegral mikrosxema
Fotonik integral mikrosxemalar(PIC) ko'pincha matematik skriptlar yordamida ishlab chiqiladi, chunki interferometrlarda yoki yo'l uzunligiga sezgir bo'lgan boshqa ilovalarda yo'l uzunligining ahamiyati katta.PICko'p qavatli shakllardan tashkil topgan, ko'pincha GDSII formatida ifodalangan plastinka ustiga bir nechta qatlamlarni (odatda 10 dan 30 gacha) naqshlash orqali ishlab chiqariladi. Faylni fotoniqob ishlab chiqaruvchisiga yuborishdan oldin, dizaynning to'g'riligini tekshirish uchun PICni simulyatsiya qilish imkoniyatiga ega bo'lish juda istalgan. Simulyatsiya bir nechta darajalarga bo'linadi: eng past daraja uch o'lchovli elektromagnit (EM) simulyatsiya bo'lib, bu yerda simulyatsiya subto'lqin uzunligi darajasida amalga oshiriladi, garchi materialdagi atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlar makroskopik miqyosda ko'rib chiqilsa ham. Odatdagi usullar uch o'lchovli chekli farq vaqt domeni (3D FDTD) va o'z-o'zidan kengayish (EME) ni o'z ichiga oladi. Bu usullar eng aniq, ammo butun PIC simulyatsiya vaqti uchun amaliy emas. Keyingi daraja 2,5 o'lchovli EM simulyatsiyasi, masalan, chekli farq nurlarining tarqalishi (FD-BPM). Bu usullar ancha tezroq, ammo ba'zi aniqliklarni qurbon qiladi va faqat paraksial tarqalishini boshqarishi mumkin va masalan, rezonatorlarni simulyatsiya qilish uchun ishlatib bo'lmaydi. Keyingi daraja - bu 2D EM simulyatsiyasi, masalan, 2D FDTD va 2D BPM. Bular ham tezroq, ammo cheklangan funksiyalarga ega, masalan, ular polyarizatsiya rotatorlarini simulyatsiya qila olmaydi. Keyingi daraja - uzatish va/yoki sochilish matritsasini simulyatsiya qilish. Har bir asosiy komponent kirish va chiqishga ega komponentga qaytariladi va ulangan to'lqin yo'riqchisi fazaviy siljish va susayish elementiga qaytariladi. Bu simulyatsiyalar juda tez. Chiqish signali uzatish matritsasini kirish signaliga ko'paytirish orqali olinadi. Sochish matritsasi (uning elementlari S-parametrlari deb ataladi) komponentning boshqa tomonidagi kirish va chiqish signallarini topish uchun bir tomondagi kirish va chiqish signallarini ko'paytiradi. Asosan, sochilish matritsasi element ichidagi aksni o'z ichiga oladi. Sochish matritsasi odatda har bir o'lchamdagi uzatish matritsasidan ikki baravar katta. Xulosa qilib aytganda, 3D EM dan uzatish/sochish matritsasini simulyatsiya qilishgacha, simulyatsiyaning har bir qatlami tezlik va aniqlik o'rtasidagi murosani taqdim etadi va dizaynerlar dizaynni tasdiqlash jarayonini optimallashtirish uchun o'zlarining aniq ehtiyojlari uchun to'g'ri simulyatsiya darajasini tanlaydilar.
Biroq, ayrim elementlarning elektromagnit simulyatsiyasiga tayanish va butun PICni simulyatsiya qilish uchun sochilish/uzatish matritsasidan foydalanish oqim plitasi oldida to'liq to'g'ri dizaynni kafolatlamaydi. Masalan, noto'g'ri hisoblangan yo'l uzunliklari, yuqori tartibli rejimlarni samarali ravishda bostira olmaydigan ko'p rejimli to'lqin yo'riqnomalari yoki kutilmagan ulanish muammolariga olib keladigan bir-biriga juda yaqin joylashgan ikkita to'lqin yo'riqnomasi simulyatsiya paytida aniqlanmasligi mumkin. Shuning uchun, ilg'or simulyatsiya vositalari kuchli dizaynni tasdiqlash imkoniyatlarini taqdim etsa-da, dizaynning aniqligi va ishonchliligini ta'minlash va oqim jadvali xavfini kamaytirish uchun dizayner tomonidan yuqori darajadagi hushyorlik va ehtiyotkorlik bilan tekshirish, amaliy tajriba va texnik bilimlar bilan birgalikda talab qilinadi.
Siyrak FDTD deb nomlangan usul dizaynni tasdiqlash uchun 3D va 2D FDTD simulyatsiyalarini to'g'ridan-to'g'ri to'liq PIC dizaynida bajarishga imkon beradi. Har qanday elektromagnit simulyatsiya vositasi uchun juda katta o'lchamli PICni simulyatsiya qilish qiyin bo'lsa-da, siyrak FDTD ancha katta mahalliy maydonni simulyatsiya qila oladi. An'anaviy 3D FDTDda simulyatsiya elektromagnit maydonning oltita komponentini ma'lum bir kvantlangan hajm ichida ishga tushirish bilan boshlanadi. Vaqt o'tishi bilan hajmdagi yangi maydon komponenti hisoblanadi va hokazo. Har bir qadam ko'p hisoblashni talab qiladi, shuning uchun bu uzoq vaqt talab etadi. Siyrak 3D FDTDda, hajmning har bir nuqtasida har bir qadamda hisoblash o'rniga, nazariy jihatdan o'zboshimchalik bilan katta hajmga mos keladigan va faqat shu komponentlar uchun hisoblanishi mumkin bo'lgan maydon komponentlari ro'yxati saqlanadi. Har bir vaqt bosqichida maydon komponentlariga tutashgan nuqtalar qo'shiladi, ma'lum bir quvvat chegarasidan past bo'lgan maydon komponentlari esa olib tashlanadi. Ba'zi tuzilmalar uchun bu hisoblash an'anaviy 3D FDTDga qaraganda bir necha marta tezroq bo'lishi mumkin. Biroq, siyrak FDTDS dispers tuzilmalar bilan ishlashda yaxshi ishlamaydi, chunki bu vaqt maydoni juda ko'p tarqaladi, natijada juda uzun va boshqarish qiyin bo'lgan ro'yxatlar paydo bo'ladi. 1-rasmda polyarizatsiya nurlarini ajratuvchi (PBS) ga o'xshash 3D FDTD simulyatsiyasining namunaviy skrinshoti ko'rsatilgan.
1-rasm: 3D siyrak FDTD dan olingan simulyatsiya natijalari. (A) - bu simulyatsiya qilinayotgan strukturaning yuqori ko'rinishi, ya'ni yo'nalishli ulagich. (B) Kvazi-TE qo'zg'alishi yordamida simulyatsiyaning skrinshotini ko'rsatadi. Yuqoridagi ikkita diagramma kvazi-TE va kvazi-TM signallarining yuqori ko'rinishini, quyidagi ikkita diagramma esa mos keladigan kesim ko'rinishini ko'rsatadi. (C) Kvazi-TM qo'zg'alishi yordamida simulyatsiyaning skrinshotini ko'rsatadi.
Nashr vaqti: 2024-yil 23-iyul