Dizaýnyfotonikintegral mikrosxema
Fotonik integral mikrosxemalar(PIC) interferometrlerde ýa-da ýol uzynlygyna duýgur bolan beýleki ulanylyşlarda ýol uzynlygynyň möhümdigi sebäpli köplenç matematiki skriptleriň kömegi bilen döredilýär.PICköp sanly köpburçluk şekillerden ybarat bolan we köplenç GDSII formatynda görkezilýän waferde köp gatlakly (adatça 10-dan 30-a çenli) pattering arkaly öndürilýär. Faýly fotomaska öndürijisine ibermezden öň, dizaýnyň dogrulygyny barlamak üçin PIC-i simulýasiýa edip bilmek örän zerurdyr. Simulýasiýa köp derejä bölünýär: iň pes dereje üç ölçegli elektromagnit (EM) simulýasiýadyr, bu ýerde simulýasiýa tolkun uzynlygynyň aşagynda ýerine ýetirilýär, emma materialdaky atomlaryň arasyndaky özara täsirler makroskopik ölçegde işlenip düzülýär. Adaty usullara üç ölçegli çäkli tapawutly wagt domeni (3D FDTD) we öz modasynyň giňelmegi (EME) girýär. Bu usullar iň takyk, ýöne tutuş PIC simulýasiýa wagty üçin amaly däl. Indiki dereje 2,5 ölçegli EM simulýasiýadyr, mysal üçin çäkli tapawutly şöhle ýaýramagy (FD-BPM). Bu usullar has çalt, ýöne käbir takyklygy gurban edýär we diňe paraksial ýaýramagy dolandyryp biler we mysal üçin rezonatorlary simulýasiýa etmek üçin ulanylyp bilinmez. Indiki dereje 2D EM simulýasiýasydyr, mysal üçin 2D FDTD we 2D BPM. Bular hem has çalt, ýöne çäkli funksiýalara eýedir, mysal üçin, olar polýarizasiýa rotatorlaryny simulýasiýa edip bilmeýärler. Başga bir dereje bolsa geçirijilik we/ýa-da saçylma matrisasynyň simulýasiýasydyr. Her bir esasy komponent giriş we çykyşy bolan komponente çenli azaldylýar we baglanyşykly tolkun geçirijisi faza üýtgemesine we gowşama elementine çenli azaldylýar. Bu simulýasiýalar örän çalt. Çykyş signaly geçirijilik matrisasyny giriş signalyna köpeltmek arkaly alynýar. Saçylma matrisasy (elementleri S-parametrleri diýlip atlandyrylýar) bir tarapdaky giriş we çykyş signallaryny köpeldip, komponentiň beýleki tarapyndaky giriş we çykyş signallaryny tapýar. Esasan, saçylma matrisasy elementiň içindäki şöhlelenmeleri öz içine alýar. Saçylma matrisasy adatça her ölçegde geçirijilik matrisasyndan iki esse uly bolýar. Gysgaça aýdylanda, 3D EM-den geçirijilik/saçylma matrisasynyň simulýasiýasyna çenli, simulýasiýanyň her gatlagy tizlik we takyklyk arasynda özara gatnaşygy görkezýär we dizaýnerler dizaýny tassyklama prosesini optimizirlemek üçin öz aýratyn zerurlyklary üçin simulýasiýanyň dogry derejesini saýlaýarlar.
Şeýle-de bolsa, käbir elementleriň elektromagnit simulýasiýasyna daýanmak we tutuş PIC-i simulýasiýa etmek üçin saçylma/geçiriş matrisasyny ulanmak akym plastinkasynyň öňünde doly dogry dizaýny kepillendirmeýär. Mysal üçin, ýalňyş hasaplanan ýol uzynlygy, ýokary derejeli rejimleri netijeli basyp bilmeýän köpmodly tolkun geçirijileri ýa-da garaşylmadyk baglanyşyk meselelerine sebäp bolýan biri-birine gaty ýakyn iki tolkun geçirijisi simulýasiýa wagtynda anyklanmazlygy mümkin. Şonuň üçin, ösen simulýasiýa gurallary dizaýny tassyklamagyň güýçli mümkinçiliklerini üpjün etse-de, dizaýnyň takyklygyny we ygtybarlylygyny üpjün etmek we akym tablosynyň töwekgelçiligini azaltmak üçin dizaýner tarapyndan ýokary derejeli seresaplylygy we ünsli barlagy, amaly tejribe we tehniki bilimler bilen utgaşdyrylmagy talap edýär.
Seýrek FDTD diýlip atlandyrylýan usul, dizaýny tassyklamak üçin 3D we 2D FDTD simulýasiýalaryny doly PIC dizaýnynda gönüden-göni ýerine ýetirmäge mümkinçilik berýär. Islendik elektromagnit simulýasiýa guraly üçin örän uly ölçegli PIC-i simulýasiýa etmek kyn bolsa-da, seýrek FDTD uly ýerli meýdany simulýasiýa edip bilýär. Adaty 3D FDTD-de simulýasiýa elektromagnit meýdanynyň alty bölegini belli bir kwantlaşdyrylan göwrümde başlangyçlaşdyrmakdan başlaýar. Wagt geçdigiçe, göwrümdäki täze meýdan bölegi hasaplanýar we ş.m. Her ädim köp hasaplamany talap edýär, şonuň üçin köp wagt alýar. Seýrek 3D FDTD-de, göwrümiň her nokadynda her ädimde hasaplamagyň ýerine, nazaryýet taýdan islegli uly göwre gabat gelýän we diňe şol komponentler üçin hasaplanyp bilinýän meýdan komponentleriniň sanawy saklanýar. Her wagt ädiminde meýdan komponentlerine golaý nokatlar goşulýar, belli bir güýç çäginden aşak meýdan komponentleri bolsa aýrylýar. Käbir gurluşlar üçin bu hasaplama däp bolan 3D FDTD-den birnäçe esse çalt bolup biler. Şeýle-de bolsa, seýrek FDTDS-ler dispersiýa gurluşlary bilen iş salyşanda gowy netije bermeýär, sebäbi bu wagt meýdany gaty köp ýaýraýar, netijede gaty uzyn we dolandyrmak kyn bolan sanawlar emele gelýär. 1-nji suratda polýarizasiýa şöhle bölüjisine (PBS) meňzeş 3D FDTD simulýasiýasynyň mysal skrinşoty görkezilýär.
1-nji surat: 3D seýrek FDTD-den simulýasiýa netijeleri. (A) simulýasiýa edilýän gurluşyň ýokarky görnüşi, ol ugurly birleşdirijidir. (B) Kwazi-TE gozgalmagyny ulanyp simulýasiýanyň ekran suratyny görkezýär. Ýokardaky iki diagramma kwazi-TE we kwazi-TM signallarynyň ýokarky görnüşini, aşakdaky iki diagramma bolsa degişli kese-kesiş görnüşini görkezýär. (C) Kwazi-TM gozgalmagyny ulanyp simulýasiýanyň ekran suratyny görkezýär.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 23-nji iýuly