Conception dephotoniquecircuit intégré
Circuits intégrés photoniques(PIC) sont souvent conçus à l'aide de scripts mathématiques en raison de l'importance de la longueur du chemin dans les interféromètres ou d'autres applications sensibles à la longueur du chemin.Picest fabriqué en plaçant plusieurs couches (généralement 10 à 30) sur une tranche, qui sont composées de nombreuses formes polygonales, souvent représentées au format GDSII. Avant d'envoyer le fichier au fabricant de Photomask, il est fortement souhaitable de pouvoir simuler la photo pour vérifier l'exactitude de la conception. La simulation est divisée en plusieurs niveaux: le niveau le plus bas est la simulation électromagnétique (EM) tridimensionnelle, où la simulation est effectuée au niveau de la sous-longueur d'onde, bien que les interactions entre les atomes du matériau soient manipulées à l'échelle macroscopique. Les méthodes typiques comprennent le domaine temporel à différence finie tridimensionnelle (FDTD 3D) et l'expansion en mode propre (EME). Ces méthodes sont les plus précises, mais ne sont pas pratiques pour tout le temps de simulation PIC. Le niveau suivant est une simulation EM à 2,5 dimensions, comme la propagation du faisceau de différence finie (FD-BPM). Ces méthodes sont beaucoup plus rapides, mais sacrifient une certaine précision et ne peuvent gérer que la propagation paraxiale et ne peuvent pas être utilisées pour simuler des résonateurs, par exemple. Le niveau suivant est la simulation EM 2D, comme le FDTD 2D et le BPM 2D. Ceux-ci sont également plus rapides, mais ont des fonctionnalités limitées, telles qu'elles ne peuvent pas simuler des rotateurs de polarisation. Un autre niveau est la simulation de matrice de transmission et / ou de diffusion. Chaque composant majeur est réduit à un composant avec entrée et sortie, et le guide d'onde connecté est réduit à un élément de décalage de phase et d'atténuation. Ces simulations sont extrêmement rapides. Le signal de sortie est obtenu en multipliant la matrice de transmission par le signal d'entrée. La matrice de diffusion (dont les éléments sont appelés paramètres S) multiplie les signaux d'entrée et de sortie d'un côté pour trouver les signaux d'entrée et de sortie de l'autre côté du composant. Fondamentalement, la matrice de diffusion contient la réflexion à l'intérieur de l'élément. La matrice de diffusion est généralement deux fois plus grande que la matrice de transmission dans chaque dimension. En résumé, entre 3D à la simulation de matrice de transmission / diffusion, chaque couche de simulation présente un compromis entre la vitesse et la précision, et les concepteurs choisissent le bon niveau de simulation pour leurs besoins spécifiques pour optimiser le processus de validation de conception.
Cependant, s'appuyer sur la simulation électromagnétique de certains éléments et l'utilisation d'une matrice de diffusion / transfert pour simuler toute la photo ne garantit pas une conception complètement correcte devant la plaque d'écoulement. Par exemple, les longueurs de trajet mal calculées, les guides d'ondes multimode qui ne parviennent pas à supprimer efficacement les modes d'ordre élevé, ou deux guides d'ondes qui sont trop proches les uns des autres, entraînant des problèmes de couplage inattendus ne sont probablement pas détectés pendant la simulation. Par conséquent, bien que les outils de simulation avancés fournissent de puissantes capacités de validation de la conception, elle nécessite toujours un degré élevé de vigilance et une inspection minutieuse par le concepteur, combinée à une expérience pratique et à des connaissances techniques, pour garantir la précision et la fiabilité de la conception et réduire le risque de la feuille de flux.
Une technique appelée FDTD clairsemée permet de effectuer des simulations FDTD 3D et 2D directement sur une conception PIC complète pour valider la conception. Bien qu'il soit difficile pour tout outil de simulation électromagnétique de simuler une photo à très grande échelle, le FDTD clairsemé est capable de simuler une zone locale assez grande. Dans le FDTD 3D traditionnel, la simulation commence par initialiser les six composantes du champ électromagnétique dans un volume quantifié spécifique. Au fil du temps, le nouveau composant de champ dans le volume est calculé, etc. Chaque étape nécessite beaucoup de calcul, donc cela prend beaucoup de temps. Dans le FDTD 3D clairsemé, au lieu de calculer à chaque étape à chaque point du volume, une liste de composants de champ est maintenue qui peut théoriquement correspondre à un volume arbitrairement grand et être calculé uniquement pour ces composants. À chaque pas de temps, les points adjacents aux composants de champ sont ajoutés, tandis que les composants de champ inférieurs à un certain seuil de puissance sont supprimés. Pour certaines structures, ce calcul peut être plusieurs ordres de grandeur plus rapide que le FDTD 3D traditionnel. Cependant, les FDTD clairsemés ne fonctionnent pas bien lorsqu'ils traitent des structures dispersives car ce champ de temps se propage trop, ce qui entraîne des listes trop longues et difficiles à gérer. La figure 1 montre un exemple de capture d'écran d'une simulation FDTD 3D similaire à un séparateur de faisceau de polarisation (PBS).
Figure 1: Résultats de la simulation de FDTD clairsemé 3D. (A) est une vue de dessus de la structure simulée, qui est un coupleur directionnel. (B) montre une capture d'écran d'une simulation en utilisant une excitation quasi-te. Les deux diagrammes ci-dessus montrent la vue de dessus des signaux quasi-te et quasi-TM, et les deux diagrammes ci-dessous montrent la vue transversale correspondante. (C) montre une capture d'écran d'une simulation en utilisant une excitation quasi-TM.
Temps de poste: juillet-23-2024