Hönnun ljóseindafræðilegs hringrásar

Hönnun áPhotonicsamþætt hringrás

Photonic Integrated Circuits(PIC) eru oft hönnuð með hjálp stærðfræðilegra forskrifta vegna mikilvægis lengdar slóða í truflunum eða öðrum forritum sem eru viðkvæm fyrir lengd slóða.Mynder framleitt með því að klappa mörgum lögum (venjulega 10 til 30) á skífu, sem samanstanda af mörgum marghyrndum formum, sem oft eru fulltrúar á GDSII sniði. Áður en þú sendir skrána til framleiðanda Photomask er mjög æskilegt að geta hermt eftir myndinni til að sannreyna réttmæti hönnunarinnar. Eftirlíkingunni er skipt í mörg stig: lægsta stigið er þrívídd rafsegul (EM) eftirlíking, þar sem uppgerðin er framkvæmd á undir bylgjulengdarstigi, þó að samspil atóma í efninu sé meðhöndlað á fjölþjóðlegu mælikvarða. Dæmigerðar aðferðir fela í sér þrívíddar endanlegt mismunatímabil (3D FDTD) og Eigenmode stækkun (EME). Þessar aðferðir eru nákvæmastar, en eru óhagkvæmar fyrir allan PIC uppgerðartíma. Næsta stig er 2,5 víddar EM uppgerð, svo sem endanleg mismunur geisla (FD-BPM). Þessar aðferðir eru miklu hraðari, en fórna nokkurri nákvæmni og geta aðeins séð um fjölgun paraxial og ekki er hægt að nota þær til að líkja eftir resonators, til dæmis. Næsta stig er 2D EM uppgerð, svo sem 2D FDTD og 2D BPM. Þetta eru líka hraðari, en hafa takmarkaða virkni, svo sem þeir geta ekki hermt eftir skautun snúninga. Frekari stig er sending og/eða dreifing fylkis uppgerð. Hver meginþáttur er minnkaður í íhlut með inntak og framleiðsla og tengdu bylgjuleiðbeiningin er fækkuð í fasaskipti og dempunarþátt. Þessar eftirlíkingar eru afar hraðar. Útgangsmerkið er fengið með því að margfalda sendingar fylkið með inntaksmerkinu. Dreifingar fylkið (þar sem þættir eru kallaðir S-parameters) margfaldar inntak og úttaksmerki á annarri hliðinni til að finna inntak og úttaksmerki hinum megin á íhlutanum. Í grundvallaratriðum inniheldur dreifingar fylkið speglunina inni í frumefninu. Dreifingar fylkið er venjulega tvöfalt stærra en gírkassinn í hverri vídd. Í stuttu máli, frá 3D EM til flutnings/dreifingar fylkis uppgerðar, er hvert lag uppgerðar með viðskipti milli hraða og nákvæmni og hönnuðir velja rétt stig uppgerð fyrir sérstakar þarfir þeirra til að hámarka staðfestingarferli hönnunar.

Samt sem áður, að treysta á rafsegulgerð eftir ákveðnum þáttum og nota dreifingu/flutnings fylki til að líkja eftir allri myndinni, tryggir ekki alveg rétta hönnun fyrir framan rennslisplötuna. Sem dæmi má nefna að misskilin slóðalengd, fjölþættir bylgjuleiðbeiningar sem tekst ekki að bæla hágæða stillingar, eða tvo bylgjuleiðbeiningar sem eru of nálægt hvor annarri sem leiða til óvæntra tengivandamála, eru líklegar til að verða ógreindir við uppgerð. Þess vegna, þrátt fyrir að háþróuð uppgerðartæki veiti öfluga hönnunargetu getu, krefst það samt mikillar árvekni og vandaðrar skoðunar hönnuðarins, ásamt hagnýtri reynslu og tæknilegri þekkingu, til að tryggja nákvæmni og áreiðanleika hönnunarinnar og draga úr hættu á rennslisblað.

Tækni sem kallast dreifður FDTD gerir kleift að framkvæma 3D og 2D FDTD uppgerð beint á heill PIC hönnun til að staðfesta hönnunina. Þrátt fyrir að það sé erfitt fyrir öll rafsegulgerðartæki að líkja eftir mjög stórum myndum, þá er dreifður FDTD fær um að líkja eftir nokkuð stóru nærumhverfi. Í hefðbundnum 3D FDTD byrjar uppgerðin með því að frumstilla sex hluti rafsegulsviðsins innan sérstaks magns rúmmáls. Þegar líður á tímann er nýi reitinn í rúmmálinu reiknaður og svo framvegis. Hvert skref krefst mikils útreikninga, svo það tekur langan tíma. Í dreifðri 3D FDTD, í stað þess að reikna út á hverju skrefi á hverju stigi rúmmálsins, er listi yfir reit íhluta viðhaldið sem getur fræðilega samið við geðþótta stórt rúmmál og aðeins reiknað fyrir þá hluti. Á hverju stigi er bætt við stigum við hliðarhluta en reitíhlutir undir ákveðnum aflþröskuld eru látnir falla. Fyrir sum mannvirki getur þessi útreikningur verið nokkrar stærðargráður hraðar en hefðbundin 3D FDTD. Hins vegar standa dreifðir FDTD ekki vel þegar þeir eru að takast á við dreifingarvirki vegna þess að reiturinn á þessum tíma dreifist of mikið, sem leiðir til lista sem eru of langir og erfitt að stjórna. Mynd 1 sýnir dæmi skjámynd af 3D FDTD uppgerð svipað og skautunargeislaspírari (PBS).

Mynd 1: Niðurstöður eftirlíkingar frá 3D dreifðum FDTD. (A) er efsta mynd af uppbyggingu sem er hermt, sem er stefnutengi. (B) sýnir skjámynd af uppgerð með hálfgerðri örvun. Skýringarnar tvær hér að ofan sýna efstu sýn á hálfgerðar Te og hálfgerðar-TM merki og skýringarmyndirnar tvær hér að neðan sýna samsvarandi þversniðsskoðun. (C) sýnir skjámynd af uppgerð með hálfgerðu TM örvun.