Kujundusfotoonilineintegreeritud vooluring
Fotooniline integreeritud vooluringid(PIC) on sageli loodud matemaatiliste skriptide abil, kuna tee pikkuse olulisus interferomeetrites või muudes rakendustes, mis on tundlikud tee pikkuse suhtes.Piltvalmistatakse vahvlil mitme kihi (tavaliselt 10–30) patsutades, mis koosneb paljudest polügonaalsetest kujudest, mida sageli esindatakse GDSII formaadis. Enne faili fotomaski tootjale saatmist on tugevalt soovitav, et oleks võimalik simuleerida pilti, et kontrollida disaini õigsust. Simulatsioon jaguneb mitmeks tasandiks: madalaim tase on kolmemõõtmeline elektromagnetiline (EM) simulatsioon, kus simulatsioon viiakse läbi alalainepikkuse tasemel, ehkki materjali aatomite vastastikmõju käsitletakse makroskoopilises skaalal. Tüüpilised meetodid hõlmavad kolmemõõtmelist lõplike erinevuste aja domeeni (3D FDTD) ja omandi laienemist (EME). Need meetodid on kõige täpsemad, kuid on kogu PIC -simulatsiooni aja jooksul ebapraktilised. Järgmine tase on 2,5-mõõtmeline EM-simulatsioon, näiteks lõplike erinevuste tala levik (FD-BPM). Need meetodid on palju kiiremad, kuid ohverdavad teatavat täpsust ja saavad hakkama ainult paraksiaalse levikuga ja neid ei saa kasutada näiteks resonaatorite simuleerimiseks. Järgmine tase on 2D EM -simulatsioon, näiteks 2D FDTD ja 2D BPM. Need on ka kiiremad, kuid neil on piiratud funktsionaalsus, nagu nad ei saa polarisatsiooni rotaatoreid simuleerida. Täiendav tase on ülekande ja/või hajumise maatriksi simulatsioon. Iga peamine komponent vähendatakse sisendi ja väljundiga komponendiks ning ühendatud lainejuhi vähendatakse faasinihe ja sumbumise elemendini. Need simulatsioonid on äärmiselt kiired. Väljundsignaal saadakse, korrutades ülekandemaatriksi sisendsignaaliga. Hajumismaatriks (mille elemente nimetatakse S-parameetriteks) korrutab ühel küljel olevad sisend- ja väljundsignaalid, et leida sisend- ja väljundsignaalid komponendi teisel küljel. Põhimõtteliselt sisaldab hajumismaatriks elemendi peegeldust. Hajumismaatriks on tavaliselt kaks korda suurem kui igas mõõtmes ülekandemaatriks. Kokkuvõtlikult võib 3D-EM-ist kuni ülekande/hajumise maatriksi simulatsioonini esitada iga simulatsiooni kiht kiiruse ja täpsuse vahel kompromissi ning disainerid valivad nende konkreetsete vajaduste jaoks õige simulatsiooni taseme, et optimeerida disaini valideerimisprotsessi.
Kuid teatavate elementide elektromagnetilisele simulatsioonile tuginemine ja hajumise/ülekandemaatriksi kasutamine kogu pildi simuleerimiseks ei taga vooluplaadi ees täiesti õiget kujundust. Näiteks on valearvestatud tee pikkused, multimoodilised lainejuhid, mis ei suuda tõhusalt suure järgu režiime maha suruda, või kaks lainejuhi, mis on üksteisele liiga lähedal, mis põhjustab ootamatuid sidumisprobleeme, tõenäoliselt simulatsiooni ajal märkamata. Seetõttu, kuigi täiustatud simulatsiooniriistad pakuvad võimsaid disaini valideerimisvõimalusi, nõuab see disaineri poolt siiski suurt valvsust ja hoolikat kontrolli koos praktiliste kogemuste ja tehniliste teadmistega, et tagada disaini täpsus ja usaldusväärsus ning vähendada vooluplaadi riski.
Tehnika nimega Sparse FDTD võimaldab disaini valideerimiseks 3D ja 2D FDTD simulatsioone teha otse täieliku pildi kujunduse abil. Kuigi iga elektromagnetilise simulatsiooni tööriistal on keeruline väga suuremahulist pilti simuleerida, suudab hõre FDTD simuleerida üsna suurt kohalikku piirkonda. Traditsioonilises 3D -FDTD -s algab simulatsioon elektromagnetilise välja kuue komponendi initsialiseerimisega konkreetse kvantifitseeritud mahu piires. Aja edenedes arvutatakse mahu uus väljakomponent jne. Iga samm nõuab palju arvutusi, nii et see võtab kaua aega. Ava 3D FDTD korral säilitatakse igas etapis igas etapis arvutamise asemel väljakomponentide loend, mis võib teoreetiliselt vastata suvaliselt suurele mahule ja arvutatakse ainult nende komponentide jaoks. Igal ajal lisatakse väljakomponentidega külgnevad punktid, samal ajal kui teatud võimsuse läve all olevad väljakomponendid langevad. Mõne struktuuri puhul võib see arvutamine olla mitu suurusjärku kiirem kui traditsiooniline 3D FDTD. Hõre FDTDS ei toimi hajutavate struktuuridega tegelemisel siiski hästi, kuna see ajaväli levib liiga palju, mille tulemuseks on nimekirjad, mida on liiga pikk ja keeruline hallata. Joonisel 1 on näidatud 3D FDTD simulatsiooni ekraanipilt, mis sarnaneb polarisatsioonitala splitter (PBS).
Joonis 1: simulatsiooni tulemused 3D -hõredast FDTD -st. (A) on simuleeritava struktuuri peamine vaade, mis on suunaühendus. (B) näitab simulatsiooni ekraanipilti, kasutades kvaasi-te ergastamist. Kaks ülaltoodud diagrammi näitavad kvaas-TE ja kvaasi-TM signaalide pealtvaadet ning allpool olevad kaks diagrammi näitavad vastavat ristlõike vaadet. (C) näitab simulatsiooni ekraanipilti, kasutades kvaasi-TM ergastamist.
Postiaeg: 23. juuli2024