Diseinuafotonikoazirkuitu integratua
Zirkuitu integratu fotonikoak(PIC) sarritan script matematikoen laguntzarekin diseinatzen dira, interferometroetan edo bide-luzerarekiko sentikorrak diren beste aplikazio batzuetan bide-luzerak duen garrantziagatik.ARGAZKIAoblea batean hainbat geruza (normalean 10etik 30era) patroituz fabrikatzen da, eta geruza horiek forma poligonal askorekin osatzen dira, askotan GDSII formatuan irudikatuta. Fitxategia fotomaskara fabrikatzaileari bidali aurretik, oso komenigarria da PIC simulatu ahal izatea diseinuaren zuzentasuna egiaztatzeko. Simulazioa hainbat mailatan banatzen da: maila baxuena hiru dimentsioko simulazio elektromagnetikoa (EM) da, non simulazioa uhin-luzeraren azpiko mailan egiten den, nahiz eta materialeko atomoen arteko elkarrekintzak eskala makroskopikoan kudeatzen diren. Metodo tipikoen artean, hiru dimentsioko diferentzia finituen denbora-domeinua (3D FDTD) eta modu propioen hedapena (EME) daude. Metodo hauek dira zehatzenak, baina ez dira praktikoak PIC simulazio-denbora osoan. Hurrengo maila 2,5 dimentsioko EM simulazioa da, hala nola diferentzia finituen habe-hedapena (FD-BPM). Metodo hauek askoz azkarragoak dira, baina zehaztasun pixka bat galtzen dute eta hedapen paraaxiala bakarrik kudea dezakete eta ezin dira erabili erresonadoreak simulatzeko, adibidez. Hurrengo maila 2D EM simulazioa da, hala nola 2D FDTD eta 2D BPM. Hauek ere azkarragoak dira, baina funtzionalitate mugatua dute, adibidez, ezin dituzte polarizazio errotagailuak simulatu. Beste maila bat transmisio eta/edo sakabanaketa matrizearen simulazioa da. Osagai nagusi bakoitza sarrera eta irteera dituen osagai batera murrizten da, eta konektatutako uhin-gida fase-desplazamendu eta ahultze elementu batera murrizten da. Simulazio hauek oso azkarrak dira. Irteerako seinalea transmisio matrizea sarrera seinalearekin biderkatuz lortzen da. Sakabanaketa matrizeak (zeinaren elementuak S-parametro deitzen diren) alde bateko sarrera eta irteera seinaleak biderkatzen ditu osagaiaren beste aldeko sarrera eta irteera seinaleak aurkitzeko. Funtsean, sakabanaketa matrizeak elementuaren barruko islapena dauka. Sakabanaketa matrizea normalean transmisio matrizea baino bi aldiz handiagoa da dimentsio bakoitzean. Laburbilduz, 3D EMtik transmisio/sakabanaketa matrizearen simulaziora, simulazio geruza bakoitzak abiaduraren eta zehaztasunaren arteko konpromisoa aurkezten du, eta diseinatzaileek simulazio maila egokia aukeratzen dute beren beharretarako diseinuaren balidazio prozesua optimizatzeko.
Hala ere, elementu batzuen simulazio elektromagnetikoan oinarritzeak eta sakabanaketa/transferentzia matrizea erabiltzeak PIC osoa simulatzeko ez du bermatzen fluxu-plakaren aurrean diseinu guztiz zuzena izango denik. Adibidez, gaizki kalkulatutako bide-luzerak, goi-ordenako moduak eraginkortasunez kentzen ez dituzten multimodoko uhin-gidak edo elkarrengandik hurbilegi dauden bi uhin-gidak, akoplamendu-arazo ustekabekoak sortzen dituztenak, litekeena da simulazioan zehar detektatzea. Beraz, simulazio-tresna aurreratuek diseinua balioztatzeko gaitasun indartsuak eskaintzen dituzten arren, oraindik ere zaintza handia eta ikuskapen zaindua behar ditu diseinatzaileak, esperientzia praktikoarekin eta ezagutza teknikoarekin konbinatuta, diseinuaren zehaztasuna eta fidagarritasuna bermatzeko eta fluxu-orriaren arriskua murrizteko.
FDTD sakabanatua izeneko teknika batek 3D eta 2D FDTD simulazioak zuzenean PIC diseinu oso batean egitea ahalbidetzen du, diseinua balioztatzeko. Edozein simulazio-tresna elektromagnetikok eskala handiko PIC bat simulatzea zaila den arren, FDTD sakabanatuak tokiko eremu nahiko handi bat simulatzeko gai da. 3D FDTD tradizionalean, simulazioa kuantizatutako bolumen espezifiko baten barruan eremu elektromagnetikoaren sei osagaiak hasieratuz hasten da. Denborak aurrera egin ahala, bolumeneko eremu-osagai berria kalkulatzen da, eta abar. Urrats bakoitzak kalkulu asko behar ditu, beraz, denbora asko behar da. 3D FDTD sakabanatuan, bolumenaren puntu bakoitzean urrats bakoitzean kalkulatu beharrean, eremu-osagaien zerrenda bat mantentzen da, teorikoki bolumen arbitrarioki handi bati dagozkiona eta osagai horietarako bakarrik kalkula daitekeena. Denbora-urrats bakoitzean, eremu-osagaien ondoko puntuak gehitzen dira, potentzia-atalase jakin baten azpitik dauden eremu-osagaiak kentzen diren bitartean. Egitura batzuentzat, kalkulu hau magnitude-ordena batzuk azkarragoa izan daiteke 3D FDTD tradizionala baino. Hala ere, FDTDS sakabanatuek ez dute ondo funtzionatzen egitura dispertsiboekin lan egitean, denbora-eremu hori gehiegi hedatzen baita, eta ondorioz, zerrenda luzeegiak eta kudeatzeko zailak sortzen dira. 1. irudiak polarizazio-izpien banatzaile (PBS) baten antzeko 3D FDTD simulazio baten pantaila-argazkiaren adibide bat erakusten du.
1. irudia: 3D FDTD sakabanatuaren simulazioaren emaitzak. (A) Simulatzen ari den egituraren goiko ikuspegia da, norabide-akoplagailu bat dena. (B) Kuasi-TE kitzikapena erabiltzen duen simulazio baten pantaila-argazkia erakusten du. Goiko bi diagramek kuasi-TE eta kuasi-TM seinalen goiko ikuspegia erakusten dute, eta beheko bi diagramek dagokien zeharkako ikuspegia. (C) Kuasi-TM kitzikapena erabiltzen duen simulazio baten pantaila-argazkia erakusten du.
Argitaratze data: 2024ko uztailak 23