Ֆոտոնիկ ինտեգրված միացման ձեւավորում

ՆախագծումլուսանկարԻնտեգրված միացում

Ֆոտոնիկ ինտեգրված սխեմաներ(Լուսանկար) հաճախ նախագծված են մաթեմատիկական գրությունների օգնությամբ `ինտերֆերաչափերում կամ այլ ծրագրերում ճանապարհի երկարության կարեւորության պատճառով, որոնք զգայուն են ճանապարհի երկարության նկատմամբ:Պիկարտադրվում է վաֆլի վրա բազմակի շերտեր (սովորաբար 10-ից 30) ձեւավորելով, որոնք բաղկացած են շատ բազմակնապահ ձեւերից, որոնք հաճախ ներկայացված են GDSII ձեւաչափով: Նախքան ֆայլը ֆոտոմասկի արտադրողին ուղարկելը, խստորեն ցանկալի է, որ կարողանաք մոդելավորել նկարը `դիզայնի ճիշտությունը ստուգելու համար: Սիմուլյացիան բաժանված է բազմաթիվ մակարդակների. Ամենացածր մակարդակը եռաչափ էլեկտրամագնիսական (em) սիմուլյացիա է, որտեղ սիմուլյացիան իրականացվում է ենթաօրենսդրության մակարդակի վրա, չնայած նյութում ատոմների փոխհարաբերությունները վարվում են մակրոոսկոպիկ մասշտաբով: Բնորոշ մեթոդները ներառում են եռաչափ վերջնական տարբերության ժամանակային տիրույթ (3D FDTD) եւ Eigenmode ընդլայնում (EME): Այս մեթոդները առավել ճշգրիտ են, բայց անիրագործելի են ամբողջ լուսանկարների մոդելավորման ժամանակի համար: Հաջորդ մակարդակը 2.5 ծավալային em սիմուլյացիա է, օրինակ, վերջնական տարբերությունների ճառագայթների տարածումը (FD-BPM): Այս մեթոդները շատ ավելի արագ են, բայց զոհաբերում են որոշակի ճշգրտություն եւ կարող են միայն կարգավորել պարաքսային տարածումը եւ չօգտագործել, օրինակ, ռեզոնատորները նմանեցնելու համար: Հաջորդ մակարդակը 2D EM սիմուլյացիա է, ինչպիսիք են 2D FDTD եւ 2D BPM: Սրանք նաեւ ավելի արագ են, բայց ունեն սահմանափակ ֆունկցիոնալություն, ինչպիսիք են, դրանք չեն կարող նմանեցնել բեւեռացման ռոտատորները: Հետագա մակարդակը փոխանցում է եւ (կամ) ցրման մատրիցի սիմուլյացիա: Յուրաքանչյուր հիմնական բաղադրիչ իջեցված է մուտքի եւ արտադրանքի բաղադրիչի հետ, իսկ միացված WaveGuide- ը կրճատվում է փուլային հերթափոխի եւ թուլացման տարրի: Այս սիմուլյացիաները չափազանց արագ են: Արդյունքի ազդանշանը ստացվում է մուտքային ազդանշանի միջոցով փոխանցման մատրիցը բազմապատկելու միջոցով: Sc ցիման մատրիցը (որի տարրերը կոչվում են S-Parameters) բազմապատկում են մուտքային եւ ելքային ազդանշանները մի կողմից `բաղադրիչի մյուս կողմում մուտքային եւ ելքային ազդանշանները գտնելու համար: Ըստ էության, ցրման մատրիցը պարունակում է արտացոլումը տարրի ներսում: Scateing Matrix- ը սովորաբար երկու անգամ ավելի մեծ է, քան յուրաքանչյուր հարթության փոխանցման մատրիցը: Ամփոփելով, 3D EM- ից փոխանցել / ցրման մատրիցի սիմուլյացիան, սիմուլյացիայի յուրաքանչյուր շերտ, արագության եւ ճշգրտության միջեւ, եւ դիզայներները ընտրում են սիմուլյացիայի ճիշտ մակարդակը `դիզայնի վավերացման գործընթացը:

Այնուամենայնիվ, ապավինելով որոշակի տարրերի էլեկտրամագնիսական սիմուլյացիան եւ ամբողջ լուսանկարը մոդելավորելու համար ցրման / փոխանցման մատրից օգտագործելը չի ​​երաշխավորում ամբողջովին ճիշտ ձեւավորում `հոսքի ափսեի դիմաց: Օրինակ, սխալ հաշվարկված ուղու երկարությունները, Multimode Waveguides- ը, որոնք չեն կարողանում արդյունավետորեն ճնշել բարձրորակ ռեժիմները կամ երկու ալիքներ, որոնք միմյանց նկատմամբ շատ մոտ են անսպասելի հետագա խնդիրներ, հավանաբար կբացահայտվեն չբացահայտված: Հետեւաբար, չնայած սիմուլյացիայի առաջադեմ գործիքները ապահովում են դիզայնի վավերացման հզոր հնարավորություններ, այն դեռ պահանջում է բարձրորակ զգոնություն եւ մանրակրկիտ ստուգում դիզայներների կողմից `դիզայնի եւ շարժման թերթիկի ռիսկը ապահովելու համար:

Scarse FDTD- ով կոչվող տեխնիկան թույլ է տալիս 3D եւ 2D FDTD սիմուլյացիաներ, որոնք ուղղակիորեն կկատարվեն ամբողջական լուսանկարների ձեւավորման վրա `դիզայնը վավերացնելու համար: Չնայած էլեկտրամագնիսական սիմուլյացիայի ցանկացած գործիք է, շատ մեծ մասշտաբի լուսանկարը մոդելավորելու համար, նոսր FDTD- ն ի վիճակի է մոդելավորել բավականին մեծ տեղական տարածք: 3D ավանդական 3D FDTD- ում սիմուլյացիան սկսվում է `նախաստորագրելով էլեկտրամագնիսական դաշտի վեց բաղադրիչները որոշակի քանակական ծավալի մեջ: Ժամանակն է առաջանում, ծավալի նոր դաշտային բաղադրիչը հաշվարկվում է եւ այլն: Յուրաքանչյուր քայլ պահանջում է շատ հաշվարկ, ուստի տեւում է երկար ժամանակ: Screse 3D FDTD- ում յուրաքանչյուր ծավալի յուրաքանչյուր կետում հաշվարկելու փոխարեն, դաշտային բաղադրիչների ցուցակը պահպանվում է, որը տեսականորեն կարող է համապատասխանի կամայականորեն մեծ ծավալի եւ հաշվարկվի միայն այդ բաղադրիչների համար: Ամեն անգամ քայլ առ քայլ, դաշտային բաղադրիչներին հարող կետերը ավելացվում են, մինչդեռ որոշակի ուժի շեմի դաշտային բաղադրիչները նվազում են: Որոշ կառույցների համար այս հաշվարկը կարող է լինել ավելի արագ մեծության մի քանի պատվեր, քան ավանդական 3D FDTD- ը: Այնուամենայնիվ, ցրված կառույցների հետ գործ ունենալիս նոսր FDTS- ները լավ չեն գործում, քանի որ այս անգամ դաշտը չափազանց շատ է տարածվում, ինչը հանգեցնում է ցուցակների, որոնք շատ երկար եւ դժվար է կառավարել: Գծապատկեր 1-ը ցույց է տալիս 3D FDTD սիմուլյացիայի օրինակ, որը նման է բեւեռացման ճառագայթների պառակտիչի (PBS):

Գծապատկեր 1. Սիմուլյացիայի արդյունքները 3D նոսր FDTD- ից: Ա) նման է կառուցվածքի, որը սիմուլյացիա է, որը ուղղորդված միակցիչ է: (Բ) ցույց է տալիս սիմուլյացիայի սոսնձի էկրանը `օգտագործելով Quasi-Te հուզմունք: Վերը նշված երկու դիագրամները ցույց են տալիս Quasi-te եւ Quasi-TM ազդանշանների վերին տեսքը, եւ ստորեւ նշված երկու դիագրամները ցույց են տալիս համապատասխան խաչմերուկային տեսքը: Գ) ցույց է տալիս սիմուլյացիայի սոսնձի էկրանը `օգտագործելով Quasi-TM հուզմունք: