Konsepsyon sikwi entegre fotonik

Konsepsyon defotoniksikwi entegre

Sikui entegre fotonik yo(PIC) yo souvan fèt avèk èd script matematik akòz enpòtans longè chemen an nan entèferomèt oswa lòt aplikasyon ki sansib a longè chemen an.PICLi fabrike lè yo itilize plizyè kouch (jeneralman 10 a 30) sou yon waf, ki konpoze de plizyè fòm poligonal, souvan reprezante nan fòma GDSII. Anvan ou voye fichye a bay manifakti fotomask la, li trè dezirab pou kapab simile PIC la pou verifye koreksyon konsepsyon an. Similasyon an divize an plizyè nivo: nivo ki pi ba a se simulation elektwomayetik twa dimansyon (EM), kote simulation an fèt nan nivo sub-longèdonn, byenke entèraksyon ki genyen ant atòm nan materyèl la jere nan yon echèl makroskopik. Metòd tipik yo enkli domèn tan diferans fini twa dimansyon (3D FDTD) ak ekspansyon mòd pwòp (EME). Metòd sa yo se pi egzak yo, men yo pa pratik pou tout tan simulation PIC la. Pwochen nivo a se simulation EM 2.5 dimansyon, tankou pwopagasyon gwo bout bwa diferans fini (FD-BPM). Metòd sa yo pi rapid, men yo sakrifye kèk presizyon epi yo ka sèlman jere pwopagasyon paraksial epi yo pa ka itilize pou simile rezonatè, pa egzanp. Pwochen nivo a se simulation EM 2D, tankou 2D FDTD ak 2D BPM. Sa yo pi rapid tou, men yo gen fonksyonalite limite, tankou yo pa ka simile rotatè polarizasyon yo. Yon lòt nivo se simulation matris transmisyon ak/oswa dispèsyon. Chak eleman prensipal redwi a yon eleman ki gen antre ak sòti, epi gid vag ki konekte a redwi a yon eleman chanjman faz ak atenyasyon. Similasyon sa yo trè rapid. Siyal sòti a jwenn lè yo miltipliye matris transmisyon an pa siyal antre a. Matris dispèsyon an (ki gen eleman yo rele paramèt S) miltipliye siyal antre ak sòti yo sou yon bò pou jwenn siyal antre ak sòti yo sou lòt bò eleman an. Fondamantalman, matris dispèsyon an gen refleksyon ki andedan eleman an. Matris dispèsyon an anjeneral de fwa pi gwo pase matris transmisyon an nan chak dimansyon. An rezime, soti nan EM 3D rive nan simulation matris transmisyon/dispèsyon, chak kouch simulation prezante yon konpwomi ant vitès ak presizyon, epi konsèpteur yo chwazi bon nivo simulation pou bezwen espesifik yo pou optimize pwosesis validasyon konsepsyon an.

Sepandan, lè w konte sou simulation elektwomayetik sèten eleman epi w itilize yon matris dispèsyon/transfè pou simile tout PIC la, sa pa garanti yon konsepsyon ki totalman kòrèk devan plak koule a. Pa egzanp, longè chemen ki mal kalkile, gid vag multimòd ki pa rive siprime mòd lòd siperyè yo efektivman, oswa de gid vag ki twò pre youn ak lòt ki mennen nan pwoblèm kouplaj inatandi, gen anpil chans pou yo pa detekte pandan simulation an. Se poutèt sa, byenke zouti simulation avanse yo bay kapasite validasyon konsepsyon pwisan, li toujou mande yon wo degre vijilans ak enspeksyon atansyon pa konsèpteur a, konbine avèk eksperyans pratik ak konesans teknik, pou asire presizyon ak fyab konsepsyon an epi redwi risk pou dyagram koule a.

Yon teknik yo rele FDTD ra pèmèt simulation FDTD 3D ak 2D yo dwe fèt dirèkteman sou yon konsepsyon PIC konplè pou valide konsepsyon an. Malgre ke li difisil pou nenpòt zouti simulation elektwomayetik simile yon PIC ki gen yon gwo echèl, FDTD ra a kapab simile yon zòn lokal ki jistis gwo. Nan FDTD 3D tradisyonèl la, simulation an kòmanse pa inisyalize sis konpozan chan elektwomayetik la nan yon volim kantifye espesifik. Ofiramezi tan ap pase, yo kalkile nouvo konpozan chan an nan volim nan, epi konsa. Chak etap mande anpil kalkil, kidonk li pran anpil tan. Nan FDTD 3D ra, olye pou yo kalkile nan chak etap nan chak pwen volim nan, yo kenbe yon lis konpozan chan ki teyorikman ka koresponn ak yon volim abitrèman gwo epi yo ka kalkile sèlman pou konpozan sa yo. Nan chak etap tan, yo ajoute pwen adjasan a konpozan chan yo, pandan y ap retire konpozan chan ki anba yon sèten papòt pouvwa. Pou kèk estrikti, kalkil sa a ka plizyè lòd mayitid pi rapid pase FDTD 3D tradisyonèl la. Sepandan, FDTDS ki ra yo pa pèfòme byen lè y ap travay ak estrikti dispèsif paske chan tan sa a gaye twòp, sa ki lakòz lis ki twò long epi difisil pou jere. Figi 1 montre yon egzanp ekran yon simulation 3D FDTD menm jan ak yon divizè gwo bout bwa polarizasyon (PBS).

Figi 1: Rezilta similasyon ki soti nan FDTD 3D ra. (A) se yon vi anlè estrikti k ap simile a, ki se yon kouplè direksyonèl. (B) Montre yon kopi ekran yon similasyon ki itilize eksitasyon kwazi-TE. De dyagram ki anwo yo montre vi anlè siyal kwazi-TE ak kwazi-TM yo, epi de dyagram ki anba yo montre vi kwa-seksyonèl korespondan an. (C) Montre yon kopi ekran yon similasyon ki itilize eksitasyon kwazi-TM.