Fotonik integral sxemani loyihalash

Dizaynifotonikintegral sxema

Fotonik integral mikrosxemalar(PIC) interferometrlarda yoki yo'l uzunligiga sezgir bo'lgan boshqa ilovalarda yo'l uzunligi muhimligi sababli ko'pincha matematik skriptlar yordamida ishlab chiqilgan.PICKo'pincha GDSII formatida ko'rsatilgan ko'p burchakli shakllardan tashkil topgan gofretda bir nechta qatlamlarni (odatda 10 dan 30 gacha) patterlash orqali ishlab chiqariladi. Faylni fotomaska ​​ishlab chiqaruvchisiga yuborishdan oldin, dizaynning to'g'riligini tekshirish uchun PIC-ni simulyatsiya qilish imkoniyatiga ega bo'lish tavsiya etiladi. Simulyatsiya bir necha darajalarga bo'linadi: eng past daraja uch o'lchovli elektromagnit (EM) simulyatsiyasi bo'lib, u erda simulyatsiya pastki to'lqin uzunligi darajasida amalga oshiriladi, garchi materialdagi atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlar makroskopik miqyosda ko'rib chiqiladi. Odatiy usullar orasida uch o'lchovli chekli farqli Vaqt domenini (3D FDTD) va o'z rejimini kengaytirishni (EME) o'z ichiga oladi. Ushbu usullar eng aniq, ammo PIC simulyatsiyasining butun vaqti uchun amaliy emas. Keyingi daraja 2,5 o'lchovli EM simulyatsiyasi, masalan, chekli farqli nurlarning tarqalishi (FD-BPM). Bu usullar ancha tezroq, lekin ba'zi aniqlikni qurbon qiladi va faqat paraksial tarqalishni boshqarishi mumkin va masalan, rezonatorlarni simulyatsiya qilish uchun ishlatib bo'lmaydi. Keyingi daraja 2D FDTD va 2D BPM kabi 2D EM simulyatsiyasi. Ular ham tezroq, lekin cheklangan funksionallikka ega, masalan, ular polarizatsiya rotatorlarini simulyatsiya qila olmaydi. Yana bir daraja - uzatish va/yoki tarqatuvchi matritsa simulyatsiyasi. Har bir asosiy komponent kirish va chiqishga ega bo'lgan komponentga qisqartiriladi va ulangan to'lqin qo'llanmasi faza almashinuvi va zaiflashuv elementiga qisqartiriladi. Ushbu simulyatsiyalar juda tezdir. Chiqish signali uzatish matritsasini kirish signaliga ko'paytirish orqali olinadi. Tarqaladigan matritsa (uning elementlari S-parametrlari deb ataladi) komponentning boshqa tomonidagi kirish va chiqish signallarini topish uchun bir tomondan kirish va chiqish signallarini ko'paytiradi. Asosan, tarqalish matritsasi element ichidagi aksni o'z ichiga oladi. Tarqalish matritsasi odatda har bir o'lchamdagi uzatish matritsasidan ikki baravar katta. Xulosa qilib aytganda, 3D EM dan uzatish/tarqalish matritsasi simulyatsiyasigacha, simulyatsiyaning har bir qatlami tezlik va aniqlik o'rtasidagi muvozanatni taqdim etadi va dizaynerlar dizaynni tasdiqlash jarayonini optimallashtirish uchun o'zlarining maxsus ehtiyojlari uchun to'g'ri simulyatsiya darajasini tanlaydilar.

Biroq, ba'zi elementlarning elektromagnit simulyatsiyasiga tayanish va butun PICni simulyatsiya qilish uchun tarqalish / uzatish matritsasidan foydalanish oqim plitasi oldida butunlay to'g'ri dizaynni kafolatlamaydi. Masalan, noto'g'ri hisoblangan yo'l uzunliklari, yuqori tartibli rejimlarni samarali bostira olmaydigan ko'p rejimli to'lqin o'tkazgichlar yoki bir-biriga juda yaqin bo'lgan ikkita to'lqin o'tkazgichlar kutilmagan ulanish muammolariga olib keladi, bu simulyatsiya paytida aniqlanmasligi mumkin. Shu sababli, ilg'or simulyatsiya vositalari dizaynni tasdiqlashning kuchli imkoniyatlarini ta'minlasa-da, u baribir dizaynning aniqligi va ishonchliligini ta'minlash va loyihalash xavfini kamaytirish uchun amaliy tajriba va texnik bilimlar bilan birgalikda dizaynerdan yuqori darajadagi hushyorlikni va ehtiyotkorlik bilan tekshirishni talab qiladi. oqim varag'i.

Noyob FDTD deb ataladigan uslub 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 hajmdagi PICni taqlid qilish qiyin bo'lsa-da, siyrak FDTD juda katta mahalliy maydonni simulyatsiya qila oladi. An'anaviy 3D FDTDda simulyatsiya elektromagnit maydonning oltita komponentini ma'lum bir kvantlangan hajmda ishga tushirishdan boshlanadi. Vaqt o'tishi bilan hajmdagi yangi maydon komponenti hisoblab chiqiladi va hokazo. Har bir qadam juda ko'p hisob-kitoblarni talab qiladi, shuning uchun ko'p vaqt talab etiladi. Noyob 3D FDTD da, hajmning har bir nuqtasida har bir qadamda hisoblash o'rniga, nazariy jihatdan o'zboshimchalik bilan katta hajmga mos keladigan va faqat ushbu komponentlar uchun hisoblanishi mumkin bo'lgan maydon komponentlari ro'yxati saqlanadi. Har bir vaqt bosqichida maydon komponentlariga ulashgan nuqtalar qo'shiladi, ma'lum bir quvvat chegarasidan past bo'lgan maydon komponentlari esa tushiriladi. Ba'zi tuzilmalar uchun bu hisoblash an'anaviy 3D FDTD ga qaraganda bir necha marta tezroq bo'lishi mumkin. Biroq, siyrak FDTDS dispersiv tuzilmalar bilan ishlashda yaxshi ishlamaydi, chunki bu vaqt maydoni juda ko'p tarqaladi, natijada ro'yxatlar juda uzun va boshqarish qiyin. 1-rasmda polarizatsiya nurlarini ajratuvchi (PBS) ga o'xshash 3D FDTD simulyatsiyasining misol skrinshoti ko'rsatilgan.

1-rasm: 3D siyrak FDTD dan simulyatsiya natijalari. (A) simulyatsiya qilinayotgan strukturaning yuqoridan ko‘rinishi bo‘lib, u yo‘nalishli bog‘lovchi hisoblanadi. (B) Kvazi-TE qo'zg'alish yordamida simulyatsiya skrinshotini ko'rsatadi. Yuqoridagi ikkita diagramma kvazi-TE va kvazi-TM signallarining yuqori ko'rinishini va quyidagi ikkita diagrammada mos keladigan kesma ko'rinishini ko'rsatadi. (C) Kvazi-TM qo'zg'alish yordamida simulyatsiya skrinshotini ko'rsatadi.


Xabar vaqti: 2024 yil 23 iyul