Дызайнфатонныінтэгральная схема
Фатонныя інтэгральныя схемы(PIC) часта распрацоўваюцца з дапамогай матэматычных сцэнарыяў з-за важнасці даўжыні шляху ў інтэрферометрах або іншых прыкладаннях, якія адчувальныя да даўжыні шляху.ПІКвырабляецца шляхам нанясення некалькіх слаёў (звычайна ад 10 да 30) на пласціну, якія складаюцца з мноства палігональных формаў, часта прадстаўленых у фармаце GDSII. Перад адпраўкай файла вытворцу фоташаблону вельмі пажадана мець магчымасць мадэляваць PIC, каб праверыць правільнасць канструкцыі. 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 канечна-рознічнае мадэляванне ў часовай вобласці (3D FDTD) і разлажэнне па ўласных модах (EME). Гэтыя метады з'яўляюцца найбольш дакладнымі, але непрактычныя для ўсяго часу мадэлявання PIC. Наступны ўзровень - гэта 2,5-мернае ЭМ мадэляванне, такое як распаўсюджванне прамяня з канечна-рознічнымі адхіленнямі (FD-BPM). Гэтыя метады значна хутчэйшыя, але ахвяруюць некаторай дакладнасцю і могуць апрацоўваць толькі параксіяльнае распаўсюджванне і не могуць быць выкарыстаны для мадэлявання рэзанатараў, напрыклад. Наступны ўзровень — гэта 2D EM-мадэляванне, такое як 2D FDTD і 2D BPM. Яны таксама хутчэйшыя, але маюць абмежаваную функцыянальнасць, напрыклад, не могуць мадэляваць рататары палярызацыі. Наступны ўзровень — гэта мадэляванне матрыцы перадачы і/або рассейвання. Кожны асноўны кампанент зводзіцца да кампанента з уваходам і выхадам, а падлучаны хвалявод — да элемента фазавага зруху і аслаблення. Гэтыя мадэляванні надзвычай хуткія. Выхадны сігнал атрымліваецца шляхам памнажэння матрыцы перадачы на ўваходны сігнал. Матрыца рассейвання (элементы якой называюцца S-параметрамі) памнажае ўваходныя і выхадныя сігналы з аднаго боку, каб знайсці ўваходныя і выхадныя сігналы з другога боку кампанента. Па сутнасці, матрыца рассейвання змяшчае адлюстраванне ўнутры элемента. Матрыца рассейвання звычайна ўдвая большая за матрыцу перадачы ў кожным вымярэнні. Карацей кажучы, ад 3D EM да мадэлявання матрыцы перадачы/рассейвання, кожны ўзровень мадэлявання ўяўляе сабой кампраміс паміж хуткасцю і дакладнасцю, і распрацоўшчыкі выбіраюць правільны ўзровень мадэлявання для сваіх канкрэтных патрэб, каб аптымізаваць працэс праверкі праекта.
Аднак, спадзяванне на электрамагнітнае мадэляванне пэўных элементаў і выкарыстанне матрыцы рассейвання/пераносу для мадэлявання ўсяго PIC не гарантуе цалкам правільнай канструкцыі перад праточнай пласцінай. Напрыклад, няправільна разлічаныя даўжыні шляху, шматмодавыя хваляводы, якія не эфектыўна падаўляюць моды высокага парадку, або два хваляводы, якія знаходзяцца занадта блізка адзін да аднаго, што прыводзіць да нечаканых праблем сувязі, хутчэй за ўсё, застануцца незаўважанымі падчас мадэлявання. Такім чынам, хоць перадавыя інструменты мадэлявання забяспечваюць магутныя магчымасці праверкі канструкцыі, яны ўсё яшчэ патрабуюць высокай ступені пільнасці і ўважлівага кантролю ад праекціроўшчыка ў спалучэнні з практычным вопытам і тэхнічнымі ведамі, каб забяспечыць дакладнасць і надзейнасць канструкцыі і знізіць рызыку паточнай схемы.
Тэхніка, якая называецца разрэджанай FDTD, дазваляе выконваць трохмернае і двухмернае FDTD-мадэляванне непасрэдна на поўным праекце PIC для праверкі яго якасці. Нягледзячы на тое, што любому інструменту электрамагнітнага мадэлявання цяжка мадэляваць PIC вельмі вялікага маштабу, разрэджаная FDTD здольная мадэляваць даволі вялікую лакальную вобласць. У традыцыйнай трохмернай FDTD мадэляванне пачынаецца з ініцыялізацыі шасці кампанент электрамагнітнага поля ў пэўным квантаваным аб'ёме. З цягам часу вылічваецца новы кампанент поля ў аб'ёме і гэтак далей. Кожны крок патрабуе шмат вылічэнняў, таму гэта займае шмат часу. У разрэджанай трохмернай FDTD замест вылічэнняў на кожным кроку ў кожнай кропцы аб'ёму падтрымліваецца спіс кампанентаў поля, якія тэарэтычна могуць адпавядаць адвольна вялікаму аб'ёму і вылічвацца толькі для гэтых кампанентаў. На кожным кроку часу дадаюцца кропкі, прылеглыя да кампанентаў поля, у той час як кампаненты поля ніжэй за пэўны парог магутнасці выдаляюцца. Для некаторых структур гэта вылічэнне можа быць на некалькі парадкаў хутчэйшым, чым у традыцыйнай трохмернай FDTD. Аднак разрэджаныя FDTDS дрэнна працуюць з дысперсійнымі структурамі, таму што гэтае часавае поле занадта моцна распаўсюджваецца, што прыводзіць да занадта доўгіх спісаў, якімі цяжка кіраваць. На малюнку 1 паказаны прыклад скрыншота трохмернай мадэляцыі FDTD, падобнай да палярызацыйнага дзельніка прамяня (PBS).
Малюнак 1: Вынікі мадэлявання з дапамогай трохмернага разрэджанага FDTD. (A) — выгляд зверху мадэляванай структуры, якая ўяўляе сабой накіраваны адказнік. (B) — скрыншот мадэлявання з выкарыстаннем квазі-TE-ўзбуджэння. Дзве дыяграмы вышэй паказваюць выгляд зверху на сігналы квазі-TE і квазі-TM, а дзве дыяграмы ніжэй — адпаведны папярочны разрэз. (C) — скрыншот мадэлявання з выкарыстаннем квазі-TM-ўзбуджэння.
Час публікацыі: 23 ліпеня 2024 г.