Noformētfotonisksintegrēta shēma
Fotoniskas integrētas shēmas(PIC) bieži tiek veidoti ar matemātisko skriptu palīdzību, jo ceļa garums ir nozīmīgs interferometros vai citās lietojumprogrammās, kas ir jutīgas pret ceļa garumu.Attēlstiek ražots, veidojot vairākus slāņus (parasti no 10 līdz 30) uz vafeļu, kas sastāv no daudzām daudzstūrainām formām, kuras bieži attēlo GDSII formātā. Pirms faila nosūtīšanas Photomask ražotājam ir ļoti vēlams, lai varētu simulēt attēlu, lai pārbaudītu dizaina pareizību. Simulācija ir sadalīta vairākos līmeņos: zemākais līmenis ir trīsdimensiju elektromagnētiskā (EM) simulācija, kurā simulāciju veic apakšveļa garuma līmenī, lai gan mijiedarbība starp atomiem materiālā tiek apstrādāta makroskopiskā mērogā. Tipiskās metodes ietver trīsdimensiju ierobežotu atšķirību laika domēnu (3D FDTD) un igenmode paplašināšanu (EME). Šīs metodes ir visprecīzākās, taču tās ir nepraktiskas visu PIC simulācijas laiku. Nākamais līmenis ir 2,5 dimensiju EM simulācija, piemēram, ierobežotu starpības staru izplatīšanās (FD-BPM). Šīs metodes ir daudz ātrākas, bet upurē zināmu precizitāti un var rīkoties tikai ar paraksiālu izplatīšanos, un tās nevar izmantot, piemēram, rezonatoru modelēšanai. Nākamais līmenis ir 2D EM simulācija, piemēram, 2D FDTD un 2D BPM. Tās ir arī ātrākas, taču tām ir ierobežota funkcionalitāte, piemēram, ka tās nevar simulēt polarizācijas rotatorus. Papildu līmenis ir transmisijas un/vai izkliedes matricas simulācija. Katra galvenā sastāvdaļa tiek samazināta līdz komponentam ar ieeju un izvadi, un savienotais viļņvads tiek samazināts līdz fāzes nobīdes un vājināšanas elementam. Šīs simulācijas ir ārkārtīgi ātras. Izejas signālu iegūst, reizinot pārraides matricu ar ieejas signālu. Izkliedējošā matrica (kuras elementi tiek saukti par S-parametriem) reizina ieejas un izejas signālus vienā pusē, lai atrastu ieejas un izejas signālus komponenta otrā pusē. Būtībā izkliedes matrica satur atstarojumu elementa iekšpusē. Izkliedes matrica parasti ir divreiz lielāka nekā pārraides matrica katrā dimensijā. Rezumējot, no 3D EM līdz pārraides/izkliedes matricas simulācijai katrs simulācijas slānis piedāvā kompromisu starp ātrumu un precizitāti, un dizaineri izvēlas pareizo simulācijas līmeni savām īpašajām vajadzībām, lai optimizētu projektēšanas validācijas procesu.
Tomēr, paļaujoties uz noteiktu elementu elektromagnētisko simulāciju un izkliedes/pārnešanas matricas izmantošanu, lai simulētu visu attēlu, tas negarantē pilnīgi pareizu dizainu plūsmas plāksnes priekšā. Piemēram, nepareizi aprēķināti ceļa garumi, multimodu viļņvadi, kas nespēj efektīvi nomākt augstas kārtas režīmus, vai divi viļņvadi, kas ir pārāk tuvu viens otram, izraisot negaidītas savienošanas problēmas, iespējams, netiks pamanītas simulācijas laikā. Tāpēc, kaut arī uzlaboti simulācijas rīki nodrošina jaudīgas dizaina validācijas iespējas, tai joprojām ir nepieciešama augsta modrības pakāpe un rūpīga dizainera pārbaude, apvienojumā ar praktisko pieredzi un tehniskajām zināšanām, lai nodrošinātu dizaina precizitāti un uzticamību un samazinātu risku plūsmas lapa.
Metode, ko sauc par retu FDTD, ļauj 3D un 2D FDTD simulācijas veikt tieši uz pilnīga attēla dizaina, lai apstiprinātu dizainu. Lai gan jebkuram elektromagnētiskās simulācijas rīkam ir grūti simulēt ļoti liela mēroga attēlu, retais FDTD spēj simulēt diezgan lielu vietējo teritoriju. Tradicionālajā 3D FDTD simulācija sākas ar sešu elektromagnētiskā lauka komponentu inicializēšanu noteiktā kvantētā tilpumā. Laikam progresējot, tiek aprēķināta jaunā lauka sastāvdaļa tilpumā utt. Katram solim ir nepieciešams daudz aprēķinu, tāpēc tas prasa daudz laika. Retā 3D FDTD vietā, tā vietā, lai aprēķinātu katrā solī katrā tilpuma punktā, tiek uzturēts lauka komponentu saraksts, kas teorētiski var atbilst patruļai lielam tilpumam un aprēķināt tikai tiem komponentiem. Katrā laika posmā tiek pievienoti punkti, kas atrodas blakus lauka komponentiem, savukārt lauka komponenti zem noteikta enerģijas sliekšņa tiek atmesti. Dažām struktūrām šis aprēķins var būt vairākas lieluma pakāpes ātrāk nekā tradicionālais 3D FDTD. Tomēr retās FDTD nedarbojas labi, strādājot ar izkliedējošām struktūrām, jo šis laika lauks izplatās pārāk daudz, kā rezultātā ir pārāk gari un grūti pārvaldāmi saraksti. 1. attēlā parādīts 3D FDTD simulācijas ekrānuzņēmuma piemērs, kas līdzīgs polarizācijas staru sadalītājam (PBS).
1. attēls: simulācijas rezultāti no 3D maza FDTD. A) ir simulētās struktūras augšējais skats, kas ir virziena savienotājs. B) parāda simulācijas ekrānuzņēmumu, izmantojot kvazi-te ierosmi. Divās iepriekš redzamajās diagrammās ir redzams kvazi un kvazi-TM signālu augšējais skats, un zemāk redzamās diagrammas parāda atbilstošo šķērsgriezuma skatu. C) parāda simulācijas ekrānuzņēmumu, izmantojot kvazi-TM ierosmi.
Pasta laiks: jūlijs-23-2024