-ren diseinuafotonikoazirkuitu integratua
Zirkuitu integratu fotonikoak(PIC) sarritan gidoi matematikoen laguntzaz diseinatzen dira, bide-luzerak interferometroetan edo bide-luzerarekiko sentikorrak diren beste aplikazio batzuetan duen garrantziagatik.PICgeruza bat baino gehiago (normalean 10 eta 30) oblea baten gainean pattering fabrikatzen da, forma poligonal ugariz osatuta daudenak, askotan GDSII formatuan irudikatuta. Fitxategia fotomaskaren fabrikatzaileari bidali aurretik, oso desiragarria da PIC simulatu ahal izatea diseinuaren zuzentasuna egiaztatzeko. Simulazioa maila anitzetan banatzen da: maila baxuena hiru dimentsioko simulazio elektromagnetikoa (EM) da, non simulazioa uhin-luzeraren azpiko mailan egiten den, nahiz eta materialaren atomoen arteko elkarrekintzak eskala makroskopikoan kudeatzen diren. Metodo tipikoen artean, hiru dimentsioko diferentzia finituko denbora-domeinua (3D FDTD) eta eigenmode hedapena (EME) daude. Metodo hauek zehatzenak dira, baina ez dira praktikoak PIC simulazio denbora osorako. Hurrengo maila 2,5 dimentsioko EM simulazioa da, hala nola, diferentzia finituko izpien hedapena (FD-BPM). Metodo hauek askoz azkarragoak dira, baina zehaztasun pixka bat sakrifikatzen dute eta hedapen paraxiala soilik kudeatu dezakete eta ezin dira erabili erresonatzaileak simulatzeko, adibidez. Hurrengo maila 2D EM simulazioa da, hala nola 2D FDTD eta 2D BPM. Hauek ere azkarragoak dira, baina funtzionaltasun mugatua dute, esate baterako, ezin dituzte polarizazio errotagailuak simulatu. Beste maila bat transmisioa eta/edo sakabanaketa matrizearen simulazioa da. Osagai nagusi bakoitza sarrera eta irteera duen osagai batera murrizten da, eta konektatutako uhin-gida desfase- eta atenuazio-elementu batera murrizten da. Simulazio hauek oso azkarrak dira. Irteerako seinalea transmisio-matrizea sarrerako seinalearekin biderkatuz lortzen da. Sakabanatze-matrizeak (beren elementuak S-parametroak deitzen dira) alde batetik sarrera eta irteera seinaleak biderkatzen ditu osagaiaren beste aldean sarrera eta irteera seinaleak aurkitzeko. Funtsean, sakabanaketa-matrizeak elementuaren barneko isla dauka. Sakabanatze-matrizea transmisio-matrizea baino bi aldiz handiagoa izan ohi da dimentsio bakoitzean. Laburbilduz, 3D EMtik transmisio/sakabanaketa matrizearen simulaziora arte, simulazio-geruza bakoitzak abiadura eta zehaztasunaren arteko truke-off bat aurkezten du, eta diseinatzaileek simulazio-maila egokia aukeratzen dute beren behar zehatzetarako diseinua baliozkotzeko prozesua optimizatzeko.
Hala ere, zenbait elementuren simulazio elektromagnetikoan oinarritzeak eta sakabanaketa/transferentzia matrize bat erabiltzeak PIC osoa simulatzeko ez du bermatzen fluxu-plakaren aurrean diseinu guztiz zuzena. Esate baterako, oker kalkulatutako bide-luzerak, ordena handiko moduak eraginkortasunez ezabatzen ez dituzten uhin-gida anitzekoak edo elkarrengandik hurbilegi dauden bi uhin-gidak ustekabeko akoplamendu-arazoak sortzen dituztenak litekeena da simulazioan zehar detektatu gabe pasatzea. Hori dela eta, simulazio-tresna aurreratuek diseinua baliozkotzeko gaitasun indartsuak eskaintzen dituzten arren, diseinatzailearen zaintza-maila handia eta arretaz ikuskatzea eskatzen du, esperientzia praktikoarekin eta ezagutza teknikoarekin batera, diseinuaren zehaztasuna eta fidagarritasuna bermatzeko eta arriskua murrizteko. fluxu-orria.
FDTD eskasa izeneko teknikari esker, 3D eta 2D FDTD simulazioak PIC diseinu oso batean zuzenean egin daitezke diseinua balioztatzeko. Nahiz eta edozein simulazio elektromagnetiko tresnak eskala handiko PIC simulatzea zaila den, FDTD eskasa tokiko eremu nahiko handi bat simulatzeko gai da. 3D FDTD tradizionalean, simulazioa eremu elektromagnetikoko sei osagaiak bolumen kuantizatu zehatz baten barruan hasieratzen hasten da. Denborak aurrera egin ahala, bolumeneko eremuaren osagai berria kalkulatzen da, eta abar. Urrats bakoitzak kalkulu asko eskatzen du, beraz, denbora luzea behar da. 3D FDTD eskasean, bolumenaren puntu bakoitzean urrats bakoitzean kalkulatu beharrean, teorikoki bolumen handiari dagokion eremuko osagaien zerrenda mantentzen da, eta osagai horietarako bakarrik kalkulatu daitekeena. Aldi bakoitzean, eremuko osagaien ondoan dauden puntuak gehitzen dira, eta potentzia-atalase jakin batetik beherako eremuko osagaiak kentzen dira. Zenbait egiturarentzat, kalkulu hau 3D FDTD tradizionala baino hainbat magnitude-ordena azkarragoa izan daiteke. Hala ere, FDTDS eskasek ez dute ondo funtzionatzen egitura sakabanatzaileen aurrean, denbora-eremu hori gehiegi zabaltzen delako, zerrenda luzeegiak eta kudeatzeko zailak sortzen direlako. 1. irudiak 3D FDTD simulazio baten adibide bat erakusten du, polarizazio izpi zatitzaile baten antzekoa (PBS).
1. irudia: 3D eskaseko FDTDren simulazio-emaitzak. (A) simulatzen ari den egituraren goiko ikuspegia da, hau da, norabide-akoplatzaile bat. (B) Simulazio baten pantaila-argazkia erakusten du ia-TE kitzikapena erabiliz. Goiko bi diagramek ia-TE eta ia-TM seinaleen goiko ikuspegia erakusten dute, eta beheko bi diagramek dagokion sekzio-ikuspegia erakusten dute. (C) Simulazio baten pantaila-argazkia erakusten du ia-TM kitzikapena erabiliz.
Argitalpenaren ordua: 2024-07-23