Дызайн фатоннай інтэгральнай схемы

Дызайнфатонныінтэгральная схема

Фатонныя інтэгральныя схемы(PIC) часта распрацоўваюцца з дапамогай матэматычных сцэнарыяў з-за важнасці даўжыні шляху ў інтэрферометрах або іншых праграмах, якія адчувальныя да даўжыні шляху.РІКвырабляецца шляхам нанясення некалькіх слаёў (звычайна ад 10 да 30) на пласціне, якія складаюцца з мноства шматкутных формаў, часта прадстаўленых у фармаце GDSII. Перш чым адправіць файл вытворцу фоташаблона, настойліва пажадана мець магчымасць змадэляваць PIC, каб праверыць правільнасць дызайну. Мадэляванне падзелена на некалькі ўзроўняў: самы нізкі ўзровень - гэта трохмернае электрамагнітнае (ЭМ) мадэляванне, дзе мадэляванне выконваецца на субхвалевым узроўні, хоць узаемадзеянне паміж атамамі ў матэрыяле апрацоўваецца ў макраскапічным маштабе. Тыповыя метады ўключаюць трохмернае канчаткова-рознаснае часовае вызначэнне (3D FDTD) і пашырэнне ўласных мод (EME). Гэтыя метады найбольш дакладныя, але непрактычныя на працягу ўсяго часу мадэлявання PIC. Наступны ўзровень - гэта 2,5-мернае мадэляванне ЭМ, напрыклад, канчаткова-рознаснае распаўсюджванне прамяня (FD-BPM). Гэтыя метады нашмат хутчэйшыя, але яны ахвяруюць некаторай дакладнасцю і могуць апрацоўваць толькі параксіальнае распаўсюджванне і не могуць выкарыстоўвацца, напрыклад, для мадэлявання рэзанатараў. Наступны ўзровень - мадэляванне 2D EM, напрыклад 2D FDTD і 2D BPM. Яны таксама больш хуткія, але маюць абмежаваную функцыянальнасць, напрыклад, яны не могуць імітаваць палярызацыйныя рататары. Наступным узроўнем з'яўляецца мадэляванне матрыцы перадачы і / або рассейвання. Кожны галоўны кампанент зводзіцца да кампанента з уваходам і выхадам, а падлучаны хвалявод зводзіцца да элемента фазавага зруху і згасання. Гэтыя сімуляцыі надзвычай хуткія. Выхадны сігнал атрымліваецца шляхам множання матрыцы перадачы на ​​ўваходны сігнал. Матрыца рассейвання (элементы якой называюцца S-параметрамі) памнажае ўваходныя і выходныя сігналы з аднаго боку, каб знайсці ўваходныя і выходныя сігналы з іншага боку кампанента. У асноўным матрыца рассейвання змяшчае адлюстраванне ўнутры элемента. Матрыца рассейвання звычайна ўдвая большая за матрыцу прапускання ў кожным вымярэнні. Такім чынам, ад 3D-ЭМ да мадэлявання матрыцы перадачы/рассейвання, кожны ўзровень мадэлявання ўяўляе сабой кампраміс паміж хуткасцю і дакладнасцю, і дызайнеры выбіраюць правільны ўзровень мадэлявання для сваіх канкрэтных патрэб для аптымізацыі працэсу праверкі праектавання.

Аднак выкарыстанне электрамагнітнага мадэлявання пэўных элементаў і выкарыстанне матрыцы рассейвання/пераносу для мадэлявання ўсяго PIC не гарантуе цалкам правільную канструкцыю перад пласцінай патоку. Напрыклад, няправільна разлічаныя даўжыні шляху, шматмодавыя хваляводы, якія не могуць эфектыўна падаўляць моды высокага парадку, або два хваляводы, якія знаходзяцца занадта блізка адзін да аднаго, што прыводзіць да нечаканых праблем сувязі, верагодна, застануцца незаўважанымі падчас мадэлявання. Такім чынам, нягледзячы на ​​тое, што ўдасканаленыя інструменты мадэлявання забяспечваюць магутныя магчымасці пацверджання канструкцыі, яна па-ранейшаму патрабуе высокай ступені пільнасці і дбайнай праверкі з боку дызайнера ў спалучэнні з практычным вопытам і тэхнічнымі ведамі, каб забяспечыць дакладнасць і надзейнасць канструкцыі і знізіць рызыку паломкі. тэхналагічная схема.

Тэхніка, званая разрэджаным FDTD, дазваляе выконваць мадэляванне 3D і 2D FDTD непасрэдна на поўнай канструкцыі PIC для праверкі канструкцыі. Нягледзячы на ​​тое, што любому інструменту электрамагнітнага мадэлявання складана змадэляваць вельмі буйнамаштабны PIC, разрэджаны FDTD здольны змадэляваць даволі вялікую лакальную вобласць. У традыцыйным 3D FDTD мадэляванне пачынаецца з ініцыялізацыі шасці кампанентаў электрамагнітнага поля ў пэўным квантаваным аб'ёме. З цягам часу вылічваецца новы кампанент поля ў аб'ёме і гэтак далей. Кожны крок патрабуе вялікіх разлікаў, таму займае шмат часу. У разрэджаным 3D FDTD замест вылічэнняў на кожным кроку ў кожнай кропцы аб'ёму падтрымліваецца спіс кампанентаў поля, якія тэарэтычна могуць адпавядаць як заўгодна вялікаму аб'ёму і разлічвацца толькі для гэтых кампанентаў. На кожным кроку па часе кропкі, прылеглыя да кампанентаў поля, дадаюцца, а кампаненты поля ніжэй пэўнага парога магутнасці адпадаюць. Для некаторых структур гэта вылічэнне можа быць на некалькі парадкаў хутчэй, чым традыцыйнае 3D FDTD. Тым не менш, разрэджаныя FDTDS не працуюць добра пры працы з дысперсійнымі структурамі, таму што гэтае часовае поле занадта моцна распаўсюджваецца, што прыводзіць да занадта доўгіх спісаў, якімі цяжка кіраваць. На малюнку 1 паказаны прыклад скрыншота мадэлявання 3D FDTD, падобнага да палярызацыйнага раздзяляльніка прамяня (PBS).

Малюнак 1: Вынікі мадэлявання 3D разрэджанага FDTD. (A) - выгляд зверху мадэліруемай структуры, якая з'яўляецца накіраванай муфтай. (B) Паказвае скрыншот мадэлявання з выкарыстаннем квазі-TE ўзбуджэння. Дзве дыяграмы вышэй паказваюць выгляд зверху сігналаў квазі-TE і квазі-TM, а дзве дыяграмы ніжэй паказваюць адпаведны выгляд папярочнага разрэзу. (C) Паказвае скрыншот мадэлявання з выкарыстаннем квазі-TM узбуджэння.


Час публікацыі: 23 ліпеня 2024 г