Ubunifu wa saketi jumuishi ya fotoniki

Ubunifu wafotonikisaketi jumuishi

Saketi zilizounganishwa za fotoniki(PIC) mara nyingi hubuniwa kwa msaada wa hati za hisabati kwa sababu ya umuhimu wa urefu wa njia katika vipima-njia au programu zingine ambazo ni nyeti kwa urefu wa njia.PICHAhutengenezwa kwa kuiga tabaka nyingi (kawaida 10 hadi 30) kwenye wafer, ambayo huundwa na maumbo mengi ya poligoni, ambayo mara nyingi huwakilishwa katika umbizo la GDSII. Kabla ya kutuma faili kwa mtengenezaji wa barakoa ya picha, inashauriwa sana kuweza kuiga PIC ili kuthibitisha usahihi wa muundo. Simulizi imegawanywa katika viwango vingi: kiwango cha chini kabisa ni simulizi ya sumakuumeme ya pande tatu (EM), ambapo simulizi hufanywa katika kiwango cha urefu mdogo wa mawimbi, ingawa mwingiliano kati ya atomi kwenye nyenzo hushughulikiwa kwa kiwango cha macroscopic. Mbinu za kawaida ni pamoja na kikoa cha muda cha pande tatu (3D FDTD) na upanuzi wa eigenmode (EME). Mbinu hizi ndizo sahihi zaidi, lakini hazifai kwa muda wote wa simulizi ya PIC. Kiwango kinachofuata ni simulizi ya EM ya pande 2.5, kama vile uenezaji wa boriti ya tofauti ndogo (FD-BPM). Mbinu hizi ni za haraka zaidi, lakini hutoa usahihi fulani na zinaweza kushughulikia tu uenezaji wa paraxial na haziwezi kutumika kuiga resonators, kwa mfano. Kiwango kinachofuata ni simulizi ya EM ya 2D, kama vile 2D FDTD na 2D BPM. Hizi pia ni za kasi zaidi, lakini zina utendaji mdogo, kwani haziwezi kuiga vizungushi vya upolarization. Kiwango kingine ni simulizi ya matrix ya upitishaji na/au uenezaji. Kila sehemu kuu hupunguzwa hadi sehemu yenye ingizo na matokeo, na mwongozo wa wimbi uliounganishwa hupunguzwa hadi kipengele cha mabadiliko ya awamu na upunguzaji. Simulizi hizi ni za haraka sana. Ishara ya matokeo hupatikana kwa kuzidisha matrix ya upitishaji kwa ishara ya ingizo. Matrix ya uenezaji (ambayo vipengele vyake huitwa vigezo vya S) huzidisha ishara za ingizo na matokeo upande mmoja ili kupata ishara za ingizo na matokeo upande mwingine wa sehemu. Kimsingi, matrix ya uenezaji ina uakisi ndani ya kipengele. Matrix ya uenezaji kwa kawaida huwa mara mbili ya matrix ya uenezaji katika kila kipimo. Kwa muhtasari, kutoka EM ya 3D hadi simulizi ya matrix ya uenezaji/uenezaji, kila safu ya simulizi inatoa mabadilishano kati ya kasi na usahihi, na wabunifu huchagua kiwango sahihi cha simulizi kwa mahitaji yao maalum ili kuboresha mchakato wa uthibitisho wa muundo.

Hata hivyo, kutegemea simulizi ya sumakuumeme ya vipengele fulani na kutumia matrix ya kutawanya/kuhamisha ili kuiga PIC nzima hakuhakikishi muundo sahihi kabisa mbele ya bamba la mtiririko. Kwa mfano, urefu wa njia usiohesabiwa vizuri, miongozo ya mawimbi ya hali nyingi ambayo hushindwa kukandamiza kwa ufanisi hali za mpangilio wa juu, au miongozo miwili ya mawimbi ambayo iko karibu sana na kila mmoja na kusababisha matatizo yasiyotarajiwa ya kuunganisha huenda isigundulike wakati wa simulizi. Kwa hivyo, ingawa zana za hali ya juu za simulizi hutoa uwezo mkubwa wa uthibitishaji wa muundo, bado inahitaji kiwango cha juu cha umakini na ukaguzi makini na mbuni, pamoja na uzoefu wa vitendo na maarifa ya kiufundi, ili kuhakikisha usahihi na uaminifu wa muundo na kupunguza hatari ya karatasi ya mtiririko.

Mbinu inayoitwa sparse FDTD inaruhusu simulizi za 3D na 2D FDTD kufanywa moja kwa moja kwenye muundo kamili wa PIC ili kuthibitisha muundo. Ingawa ni vigumu kwa kifaa chochote cha simulizi ya sumakuumeme kuiga PIC ya kiwango kikubwa sana, FDTD ya sparse inaweza kuiga eneo kubwa la ndani. Katika FDTD ya jadi ya 3D, simulizi huanza kwa kuanzisha vipengele sita vya uwanja wa sumakuumeme ndani ya ujazo maalum uliopimwa. Kadri muda unavyosonga, sehemu mpya ya uwanja katika ujazo huhesabiwa, na kadhalika. Kila hatua inahitaji hesabu nyingi, kwa hivyo inachukua muda mrefu. Katika FDTD ya 3D ya sparse, badala ya kuhesabu katika kila hatua katika kila nukta ya ujazo, orodha ya vipengele vya uwanja huhifadhiwa ambavyo vinaweza kuendana kinadharia na ujazo mkubwa kiholela na kuhesabiwa tu kwa vipengele hivyo. Katika kila hatua ya wakati, nukta zilizo karibu na vipengele vya uwanja huongezwa, huku vipengele vya uwanja vilivyo chini ya kizingiti fulani cha nguvu hupunguzwa. Kwa baadhi ya miundo, hesabu hii inaweza kuwa na maagizo kadhaa ya ukubwa wa haraka zaidi kuliko FDTD ya jadi ya 3D. Hata hivyo, FDTDS chache hazifanyi kazi vizuri zinaposhughulika na miundo iliyotawanyika kwa sababu wakati huu sehemu huenea sana, na kusababisha orodha ambazo ni ndefu sana na ngumu kudhibiti. Mchoro 1 unaonyesha mfano wa picha ya skrini ya simulizi ya 3D FDTD inayofanana na mgawanyiko wa boriti ya polarization (PBS).

Mchoro 1: Matokeo ya uigaji kutoka kwa FDTD ya 3D iliyo na sehemu ndogo. (A) ni mwonekano wa juu wa muundo unaoigwa, ambao ni kiunganishi cha mwelekeo. (B) Inaonyesha picha ya skrini ya uigaji kwa kutumia msisimko wa quasi-TE. Michoro miwili hapo juu inaonyesha mwonekano wa juu wa ishara za quasi-TE na quasi-TM, na michoro miwili iliyo hapa chini inaonyesha mwonekano unaolingana wa sehemu mtambuka. (C) Inaonyesha picha ya skrini ya uigaji kwa kutumia msisimko wa quasi-TM.