Dizaynfotonikinteqral sxem
Fotonik inteqral sxemlər(PIC) interferometrlərdə və ya yol uzunluğuna həssas olan digər tətbiqlərdə yol uzunluğunun əhəmiyyətinə görə tez-tez riyazi skriptlərin köməyi ilə tərtib edilir.PICtez-tez GDSII formatında təmsil olunan çoxbucaqlı formalardan ibarət olan vafli üzərində çoxlu təbəqələrin (adətən 10-dan 30-a qədər) vurulması ilə istehsal olunur. Faylı foto maskası istehsalçısına göndərməzdən əvvəl dizaynın düzgünlüyünü yoxlamaq üçün PIC-i simulyasiya edə bilmək çox arzu edilir. Simulyasiya bir neçə səviyyəyə bölünür: ən aşağı səviyyə üçölçülü elektromaqnit (EM) simulyasiyasıdır, burada simulyasiya alt dalğa uzunluğu səviyyəsində aparılır, baxmayaraq ki, materialdakı atomlar arasında qarşılıqlı təsirlər makroskopik miqyasda aparılır. Tipik üsullara üçölçülü sonlu fərq Zaman-domen (3D FDTD) və özəl rejimin genişləndirilməsi (EME) daxildir. Bu üsullar ən dəqiqdir, lakin bütün PIC simulyasiya vaxtı üçün praktiki deyil. Növbəti səviyyə sonlu fərq şüalarının yayılması (FD-BPM) kimi 2,5 ölçülü EM simulyasiyasıdır. Bu üsullar daha sürətlidir, lakin müəyyən dəqiqliyi qurban verir və yalnız paraksial yayılmanı idarə edə bilər və məsələn, rezonatorları simulyasiya etmək üçün istifadə edilə bilməz. Növbəti səviyyə 2D FDTD və 2D BPM kimi 2D EM simulyasiyasıdır. Bunlar həm də daha sürətlidir, lakin məhdud funksionallığa malikdir, məsələn, polarizasiya rotatorlarını simulyasiya edə bilmirlər. Daha bir səviyyə ötürmə və/və ya səpilmə matrisinin simulyasiyasıdır. Hər bir əsas komponent giriş və çıxışı olan komponentə endirilir və qoşulmuş dalğa ötürücü faza sürüşməsi və zəifləmə elementinə endirilir. Bu simulyasiyalar çox sürətlidir. Çıxış siqnalı ötürmə matrisini giriş siqnalına vurmaqla əldə edilir. Səpilmə matrisi (elementləri S-parametrləri adlanır) komponentin digər tərəfindəki giriş və çıxış siqnallarını tapmaq üçün bir tərəfdən giriş və çıxış siqnallarını çoxaldır. Əsasən, səpilmə matrisi elementin içərisində əksi ehtiva edir. Səpilmə matrisi adətən hər ölçüdə ötürmə matrisindən iki dəfə böyükdür. Xülasə, 3D EM-dən ötürülmə/səpələnmə matris simulyasiyasına qədər, simulyasiyanın hər bir təbəqəsi sürət və dəqiqlik arasında uyğunluq təqdim edir və dizaynerlər dizaynın təsdiqlənməsi prosesini optimallaşdırmaq üçün öz xüsusi ehtiyacları üçün düzgün simulyasiya səviyyəsini seçirlər.
Bununla belə, müəyyən elementlərin elektromaqnit simulyasiyasına güvənmək və bütün PIC-i simulyasiya etmək üçün səpilmə/ötürmə matrisindən istifadə axın plitəsinin qarşısında tamamilə düzgün dizayna zəmanət vermir. Məsələn, səhv hesablanmış yol uzunluqları, yüksək nizamlı rejimləri effektiv şəkildə yatıra bilməyən çox rejimli dalğa ötürücüləri və ya gözlənilməz birləşmə problemlərinə səbəb olan bir-birinə çox yaxın olan iki dalğa bələdçilərinin simulyasiya zamanı aşkar edilməməsi ehtimalı var. Buna görə də, qabaqcıl simulyasiya vasitələri dizaynın doğruluğunu yoxlamaq üçün güclü imkanlar təmin etsə də, dizaynın dəqiqliyini və etibarlılığını təmin etmək və dizayn riskini azaltmaq üçün hələ də dizaynerdən yüksək dərəcədə sayıqlıq və diqqətli yoxlama tələb edir, praktiki təcrübə və texniki biliklərlə birlikdə axın vərəqi.
Seyrək FDTD adlanan texnika dizaynı təsdiqləmək üçün 3D və 2D FDTD simulyasiyalarını birbaşa tam PIC dizaynında yerinə yetirməyə imkan verir. Hər hansı bir elektromaqnit simulyasiya aləti üçün çox böyük miqyaslı PIC-i simulyasiya etmək çətin olsa da, seyrək FDTD kifayət qədər böyük lokal ərazini simulyasiya edə bilir. Ənənəvi 3D FDTD-də simulyasiya elektromaqnit sahəsinin altı komponentinin müəyyən kvantlaşdırılmış həcm daxilində işə salınması ilə başlayır. Vaxt keçdikcə həcmdə yeni sahə komponenti hesablanır və s. Hər bir addım çoxlu hesablama tələb edir, ona görə də çox vaxt aparır. Seyrək 3D FDTD-də həcmin hər bir nöqtəsində hər addımda hesablamaq əvəzinə, nəzəri cəhətdən ixtiyari böyük həcmə uyğun gələn və yalnız həmin komponentlər üçün hesablana bilən sahə komponentlərinin siyahısı saxlanılır. Hər zaman addımında sahə komponentlərinə bitişik nöqtələr əlavə edilir, müəyyən güc həddindən aşağı olan sahə komponentləri isə atılır. Bəzi strukturlar üçün bu hesablama ənənəvi 3D FDTD ilə müqayisədə bir neçə dəfə daha sürətli ola bilər. Bununla belə, seyrək FDTDS dispersiv strukturlarla işləyərkən yaxşı performans göstərmir, çünki bu vaxt sahəsi həddən artıq yayılır və nəticədə çox uzun və idarə olunması çətin olan siyahılar yaranır. Şəkil 1, polarizasiya şüası ayırıcıya (PBS) bənzər 3D FDTD simulyasiyasının nümunə ekran görüntüsünü göstərir.
Şəkil 1: 3D seyrək FDTD-dən simulyasiya nəticələri. (A) istiqamətləndirici birləşdirici olan simulyasiya edilən strukturun yuxarıdan görünüşüdür. (B) Kvazi-TE həyəcanından istifadə edərək simulyasiyanın ekran görüntüsünü göstərir. Yuxarıdakı iki diaqram kvazi-TE və kvazi-TM siqnallarının yuxarı görünüşünü, aşağıdakı iki diaqram isə müvafiq kəsik görünüşünü göstərir. (C) Kvazi-TM həyəcanından istifadə edən simulyasiyanın ekran görüntüsünü göstərir.
Göndərmə vaxtı: 23 iyul 2024-cü il