Konsepsyon sikwi entegre fotonik

Design nanfotoniksikwi entegre

Sikui entegre fotonik(PIC) yo souvan fèt ak èd nan scripts matematik paske nan enpòtans ki genyen nan longè chemen nan entèferomètr oswa lòt aplikasyon ki sansib a longè chemen.PICse fabrike pa pattering kouch miltip (tipikman 10 a 30) sou yon wafer, ki konpoze de anpil fòm poligonal, souvan reprezante nan fòma GDSII la. Anvan ou voye fichye a bay manifakti a fotomask, li se fòtman dezirab pou kapab simulation PIC la pou verifye kòrèkteman nan konsepsyon an. Se simulation la divize an plizyè nivo: nivo ki pi ba a se simulation elektwomayetik (EM) ki genyen twa dimansyon, kote simulation la fèt nan nivo sub-longè ond, byenke entèraksyon ki genyen ant atòm nan materyèl la yo okipe nan echèl makwoskopik la. Metòd tipik yo enkli twa dimansyon fini-diferans Tan-domèn (3D FDTD) ak ekspansyon eigenmode (EME). Metòd sa yo se pi egzat, men yo pa pratik pou tout tan simulation PIC la. Nivo nan pwochen se simulation EM 2.5 dimansyon, tankou pwopagasyon gwo bout bwa diferans fini (FD-BPM). Metòd sa yo pi vit, men sakrifye kèk presizyon epi yo ka sèlman okipe pwopagasyon paraksial epi yo pa ka itilize pou simulation resonators, pou egzanp. Nivo nan pwochen se simulation 2D EM, tankou 2D FDTD ak 2D BPM. Sa yo tou pi vit, men yo gen fonksyonalite limite, tankou yo pa ka simulation wotasyon polarizasyon. Yon lòt nivo se simulation matris transmisyon ak/oswa gaye. Chak konpozan pi gwo redwi a yon eleman ki gen opinyon ak pwodiksyon, epi gid ond ki konekte a redwi a yon chanjman faz ak eleman atenuasyon. Simulation sa yo trè vit. Se siyal pwodiksyon an jwenn nan miltipliye matris la transmisyon pa siyal la opinyon. Matris la gaye (ki gen eleman yo rele S-paramèt) miltipliye siyal yo opinyon ak pwodiksyon sou yon bò pou jwenn siyal yo antre ak pwodiksyon sou lòt bò a nan eleman an. Fondamantalman, matris la gaye gen refleksyon andedan eleman an. Matris la gaye anjeneral de fwa pi gwo ke matris la transmisyon nan chak dimansyon. An rezime, soti nan 3D EM rive nan simulation matris transmisyon / gaye, chak kouch simulation prezante yon konpwomi ant vitès ak presizyon, ak konsèpteur yo chwazi bon nivo simulation pou bezwen espesifik yo pou optimize pwosesis validation konsepsyon an.

Sepandan, repoze sou simulation elektwomayetik sèten eleman ak lè l sèvi avèk yon matris gaye / transfè pou simulation PIC a tout antye pa garanti yon konsepsyon konplètman kòrèk devan plak la koule. Pa egzanp, longè chemen ki mal kalkile, gid ond multimode ki echwe pou efektivman siprime mòd wo-lòd, oswa de gid ond ki twò pre youn ak lòt ki mennen nan pwoblèm kouple inatandi yo gen anpil chans pou yo pa detekte pandan simulation. Se poutèt sa, byenke zouti simulation avanse bay kapasite validation konsepsyon pwisan, li toujou mande pou yon wo degre de vijilans ak enspeksyon atansyon pa designer a, konbine avèk eksperyans pratik ak konesans teknik, asire presizyon ak fyab nan konsepsyon an epi redwi risk pou yo. fèy koule.

Yon teknik ki rele sparse FDTD pèmèt simulation 3D ak 2D FDTD yo dwe fèt dirèkteman sou yon konsepsyon PIC konplè pou valide konsepsyon an. Malgre ke li difisil pou nenpòt ki zouti simulation elektwomayetik simulation yon PIC echèl trè gwo, FDTD a sparse se kapab simulation yon zòn lokal jistis gwo. Nan tradisyonèl 3D FDTD, simulation an kòmanse pa inisyalize sis eleman yo nan jaden elektwomayetik la nan yon volim espesifik quantized. Kòm tan ap pwogrese, nouvo eleman jaden an nan volim la kalkile, ak sou sa. Chak etap mande pou anpil kalkil, kidonk li pran yon bon bout tan. Nan 3D FDTD rar, olye pou yo kalkile nan chak etap nan chak pwen nan volim nan, yo kenbe yon lis eleman jaden ki ka teyorikman koresponn ak yon volim abitrèman gwo epi yo dwe kalkile sèlman pou eleman sa yo. Nan chak etap tan, pwen adjasan a eleman jaden yo ajoute, pandan y ap eleman jaden ki anba yon sèten papòt pouvwa yo tonbe. Pou kèk estrikti, kalkil sa a kapab plizyè lòd nan grandè pi vit pase tradisyonèl 3D FDTD. Sepandan, FDTDS rar pa fè byen lè yo fè fas ak estrikti dispersive paske tan sa a jaden gaye twòp, sa ki lakòz lis ki twò long ak difisil pou jere. Figi 1 montre yon Ekran egzanp yon simulation 3D FDTD ki sanble ak yon splitter gwo bout bwa polarization (PBS).

Figi 1: Rezilta simulation de 3D sparse FDTD. (A) se yon View anlè estrikti ke yo te simulation, ki se yon kouple direksyon. (B) Montre yon Ekran nan yon simulation lè l sèvi avèk eksitasyon quasi-TE. De dyagram ki anwo yo montre siyal yo kazi-TE ak quasi-TM, ak de dyagram ki anba yo montre korespondan kwa-seksyon an. (C) Montre yon Ekran nan yon simulation lè l sèvi avèk eksitasyon quasi-TM.


Lè poste: 23-Jul-2024