디자인광자집적 회로
광자 통합 회로(PIC)는 종종 간섭계 또는 경로 길이에 민감한 다른 응용 분야에서 경로 길이의 중요성 때문에 수학 스크립트의 도움으로 설계됩니다.사진많은 다각형 모양으로 구성된 웨이퍼에서 여러 층 (일반적으로 10 내지 30)을 패턴하여 제조합니다. 파일을 Photomask Manufacturer로 보내기 전에 디자인의 정확성을 확인하기 위해 그림을 시뮬레이션 할 수있는 것이 좋습니다. 시뮬레이션은 여러 레벨로 나뉩니다. 가장 낮은 레벨은 3 차원 전자기 (EM) 시뮬레이션이며, 여기서 시뮬레이션은 하위 파장 레벨에서 수행되는데, 이는 재료의 원자 사이의 상호 작용이 거시적 스케일로 처리됩니다. 일반적인 방법에는 3 차원 유한 차분 시간 영역 (3D FDTD) 및 고유 모드 확장 (EME)이 포함됩니다. 이 방법은 가장 정확하지만 전체 그림 시뮬레이션 시간에는 비현실적입니다. 다음 레벨은 유한 차분 빔 전파 (FD-BPM)와 같은 2.5 차원 EM 시뮬레이션입니다. 이러한 방법은 훨씬 빠르지 만 정확도를 희생하고 예를 들어 구호 전파 만 처리 할 수 있으며 공진기를 시뮬레이션하는 데 사용할 수 없습니다. 다음 레벨은 2D FDTD 및 2D BPM과 같은 2D EM 시뮬레이션입니다. 이것들은 또한 더 빠르지 만 편광 회전기를 시뮬레이션 할 수없는 것과 같이 기능이 제한되어 있습니다. 추가 레벨은 전송 및/또는 산란 매트릭스 시뮬레이션입니다. 각 주요 구성 요소는 입력 및 출력을 갖는 구성 요소로 감소되며 연결된 도파관은 위상 이동 및 감쇠 요소로 감소됩니다. 이 시뮬레이션은 매우 빠릅니다. 출력 신호는 전송 매트릭스에 입력 신호에 곱하여 얻어진다. 산란 매트릭스 (요소가 S- 파라미터라고 함)는 한쪽의 입력 및 출력 신호를 곱하여 구성 요소의 다른 측면에서 입력 및 출력 신호를 찾습니다. 기본적으로 산란 매트릭스에는 요소 내부의 반사가 포함됩니다. 산란 매트릭스는 일반적으로 각 차원에서 전송 행렬보다 두 배나 큽니다. 요약하면, 3D EM에서 변속기/산란 매트릭스 시뮬레이션에 이르기까지 각 시뮬레이션 계층은 속도와 정확도 사이의 상충 관계를 나타냅니다. 디자이너는 설계 유효성 검사 프로세스를 최적화하기 위해 특정 요구에 맞는 시뮬레이션 수준을 선택합니다.
그러나 특정 요소의 전자기 시뮬레이션에 의존하고 전체 그림을 시뮬레이션하기 위해 산란/전송 매트릭스를 사용한다고해서 플로우 플레이트 앞에서 완전히 올바른 설계를 보장하지는 않습니다. 예를 들어, 잘못 계산 된 경로 길이, 고차 모드를 효과적으로 억제하지 못하는 다중 모드 도파관 또는 서로 너무 가까운 2 개의 도파관이 예기치 않은 커플 링 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 고급 시뮬레이션 도구는 강력한 설계 검증 기능을 제공하지만 설계의 정확성과 신뢰성을 보장하고 흐름 시트의 위험을 줄이기 위해 실질적인 경험과 기술 지식과 결합 된 설계자의 높은 경계와 신중한 검사가 필요합니다.
Sparse FDTD라는 기술을 통해 3D 및 2D FDTD 시뮬레이션은 완전한 PIC 디자인에서 직접 수행하여 설계를 검증 할 수 있습니다. 전자기 시뮬레이션 도구가 매우 대규모 사진을 시뮬레이션하는 것은 어렵지만 Sparse FDTD는 상당히 큰 지역을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 전통적인 3D FDTD에서, 시뮬레이션은 특정 양자화 된 부피 내에서 전자기장의 6 가지 구성 요소를 초기화함으로써 시작됩니다. 시간이 지남에 따라 볼륨의 새로운 필드 구성 요소가 계산됩니다. 각 단계에는 많은 계산이 필요하므로 시간이 오래 걸립니다. Sparse 3D FDTD에서 볼륨의 각 지점에서 각 단계에서 계산하는 대신, 이론적으로 대량의 부피에 해당하고 해당 구성 요소에 대해서만 계산할 수있는 필드 구성 요소 목록이 유지됩니다. 각 시간 단계에서 필드 구성 요소에 인접한 점이 추가되고 특정 전력 임계 값 미만의 필드 구성 요소가 삭제됩니다. 일부 구조의 경우,이 계산은 기존 3D FDTD보다 몇 배 더 빠를 수 있습니다. 그러나 분산 구조를 다룰 때 드문 FDTD가 성능이 좋지 않기 때문에이 시간 필드가 너무 많이 퍼져서 너무 길고 관리하기 어려운 목록이 생깁니다. 그림 1은 편광 빔 스플리터 (PBS)와 유사한 3D FDTD 시뮬레이션의 스크린 샷을 보여줍니다.
그림 1 : 3D Sparse FDTD의 시뮬레이션 결과. (a)는 방향성 커플러 인 시뮬레이션되는 구조의 최고보기입니다. (b)는 준 테트 여기를 사용하여 시뮬레이션의 스크린 샷을 보여줍니다. 위의 두 다이어그램은 준 TE 및 준 TM 신호의 상단보기를 보여주고 아래의 두 다이어그램은 해당 단면보기를 보여줍니다. (c)는 준 TM 여기를 사용하여 시뮬레이션의 스크린 샷을 보여줍니다.
후 시간 : 7 월 -23-2024