Fotonik integral zynjyryň dizaýny

Dizaýnyfotonikintegral zynjyr

Fotonik integral zynjyrlar(PIC) köplenç interferometrlerde ýa-da ýoluň uzynlygyna duýgur bolan beýleki programmalarda ýol uzynlygynyň ähmiýeti sebäpli matematiki skriptleriň kömegi bilen döredilýär.PICköplenç GDSII formatda şekillendirilýän köpburçly şekillerden emele gelen wafli köp gatlaklary (adatça 10-30) patlamak arkaly öndürilýär. Faýly fotomask öndürijisine ibermezden ozal, dizaýnyň dogrulygyny barlamak üçin PIC-i simulasiýa etmek gaty islenýär. Simulýasiýa birnäçe derejä bölünýär: iň pes dereje üç ölçegli elektromagnit (EM) simulýasiýa bolup, simulýasiýa aşaky tolkun derejesinde amala aşyrylýar, ýöne materialdaky atomlaryň özara täsiri makroskopiki şkalada amala aşyrylýar. Adaty usullar üç ölçegli çäkli tapawut Wagt-domen (3D FDTD) we eigenmodyň giňelmegi (EME) öz içine alýar. Bu usullar iň takyk, ýöne tutuş PIC simulýasiýa wagty üçin amatsyz. Indiki dereje, çäkli tapawut şöhleleriniň ýaýramagy (FD-BPM) ýaly 2,5 ölçegli EM simulýasiýasydyr. Bu usullar has çalt, ýöne käbir takyklygy pida edýär we diňe paraksial köpelmegi başarýar we rezonatorlary simulirlemek üçin ulanyp bolmaýar. Indiki dereje 2D FDTD we 2D BPM ýaly 2D EM simulýasiýasydyr. Bular has çalt, ýöne çäkli işleýşi bar, meselem polýarizasiýa rotatorlaryny simulasiýa edip bilmeýärler. Furtherene bir dereje geçirmek we / ýa-da dargamak matrisa simulýasiýasy. Her esasy komponent giriş we çykyş bilen bir komponente azalýar we birikdirilen tolkun goragçysy faza çalşygy we ýapyş elementine çenli azalýar. Bu simulýasiýa gaty çalt. Çykyş signaly geçiriş matrisasyny giriş signaly bilen köpeltmek arkaly alynýar. Pytraňňy matrisa (elementleri S-parametrleri diýilýär) komponentiň beýleki tarapynda giriş we çykyş signallaryny tapmak üçin giriş we çykyş signallaryny köpeldýär. Esasan, dargamak matrisasy elementiň içindäki şöhlelenmäni öz içine alýar. Pytraňňy matrisa, adatça, her ölçegdäki geçiriş matrisasyndan iki esse uludyr. Gysgaça aýtsak, 3D EM-den başlap, matrisa simulýasiýasyna çenli, simulýasiýanyň her gatlagy tizlik bilen takyklygyň arasynda söwdany görkezýär we dizaýnerler dizaýny tassyklamak işini optimallaşdyrmak üçin aýratyn zerurlyklary üçin dogry simulýasiýa derejesini saýlaýarlar.

Şeýle-de bolsa, käbir elementleriň elektromagnit simulýasiýasyna bil baglamak we tutuş PIC-ni simulirlemek üçin dargamak / geçirmek matrisasyny ulanmak akym plastinkasynyň öňünde düýbünden dogry dizaýny kepillendirmeýär. Mysal üçin, nädogry hasaplanan ýol uzynlygy, ýokary tertipli reesimleri netijeli basyp bilmeýän multimodly tolkun goragçylary ýa-da garaşylmadyk birikdirme problemalaryna sebäp bolýan biri-birine gaty ýakyn iki tolkun goragçysy, simulýasiýa wagtynda kesgitlenmän biler. Şonuň üçin ösen simulýasiýa gurallary güýçli dizaýny tassyklamak mümkinçiliklerini üpjün etse-de, dizaýnyň takyklygyny we ygtybarlylygyny üpjün etmek we töwekgelçiligi azaltmak üçin amaly tejribe we tehniki bilimler bilen bilelikde dizaýner tarapyndan ýokary hüşgärligi we seresaplylygy talap edýär. akym sahypasy.

Seýrek FDTD diýilýän usul, 3D we 2D FDTD simulýasiýalaryny dizaýny tassyklamak üçin doly PIC dizaýnynda gönüden-göni ýerine ýetirmäge mümkinçilik berýär. Islendik elektromagnit simulýasiýa guralyna gaty uly göwrümli PIC-ni simulirlemek kyn bolsa-da, seýrek FDTD gaty uly ýerli meýdany simulirlemäge ukyply. Adaty 3D FDTD-de, simulýasiýa elektromagnit meýdanyň alty sany bölegini belli bir mukdarda başlamak bilen başlaýar. Wagtyň geçmegi bilen göwrümdäki täze meýdan komponenti hasaplanýar we ş.m. Her ädim köp hasaplamagy talap edýär, şonuň üçin köp wagt gerek. Seýrek 3D FDTD-de, sesiň her nokadynda her ädimde hasaplamagyň ýerine, teoretiki taýdan özbaşdak uly göwrüme laýyk bolup bilýän we diňe şol komponentler üçin hasaplanyp bilinýän meýdan bölekleriniň sanawy saklanýar. Her gezek ädimde meýdan böleklerine ýanaşyk nokatlar goşulýar, belli bir güýç çäginden aşak meýdan bölekleri düşýär. Käbir gurluşlar üçin bu hasaplama, adaty 3D FDTD-den has çalt ululykdaky birnäçe sargyt bolup biler. Şeýle-de bolsa, dargadyjy gurluşlar bilen iş salyşanyňyzda seýrek FDTDS gowy işlemeýär, sebäbi bu gezek meýdan gaty ýaýraýar, netijede sanawlar gaty uzyn we dolandyrmak kyn. 1-nji suratda polýarizasiýa şöhle bölüjisine (PBS) meňzeş 3D FDTD simulýasiýasynyň mysaly görkezilýär.

Surat 1: 3D seýrek FDTD-den simulýasiýa netijeleri. (A) simulirlenýän gurluşyň ýokarky görnüşi, bu ugurly birleşdiriji. (B) Quasi-TE tolgunmasyny ulanyp, simulýasiýanyň skrinshotyny görkezýär. Aboveokardaky iki diagramma kwazi-TE we kwasi-TM signallarynyň ýokarky görnüşini görkezýär, aşakdaky iki diagramma bolsa degişli kesiş görnüşini görkezýär. (C) “Quasi-TM” tolgunmasyny ulanyp, simulýasiýanyň skrinshotyny görkezýär.