Apẹrẹ tifọ́tóníkìCircuit ti a ṣepọ
Awọn iyika ti a ṣepọ pẹlu Photonic(PIC) ni a maa n ṣe apẹrẹ pẹlu iranlọwọ awọn iwe afọwọkọ mathimatiki nitori pataki gigun ipa ọna ninu awọn interferometers tabi awọn ohun elo miiran ti o ni imọlara gigun ipa ọna.ÀwòránA ṣe é nípa ṣíṣe àgbékalẹ̀ àwọn ìpele púpọ̀ (nígbà gbogbo 10 sí 30) lórí wafer kan, èyí tí ó ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìrísí polygonal, tí a sábà máa ń ṣojú fún nínú ìrísí GDSII. Kí a tó fi fáìlì náà ránṣẹ́ sí olùpèsè photomask, ó dára gidigidi láti lè ṣe àgbékalẹ̀ PIC láti fìdí rẹ̀ múlẹ̀ pé ó tọ́. A pín àgbékalẹ̀ náà sí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele: ìpele tí ó kéré jùlọ ni àgbékalẹ̀ electromagnetic (EM) onípele mẹ́ta, níbi tí a ti ń ṣe àgbékalẹ̀ náà ní ìpele sub-wavelength, bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn ìbáṣepọ̀ láàrín àwọn átọ̀mù nínú ohun èlò náà ni a ń ṣe ní ìwọ̀n macroscopic. Àwọn ọ̀nà tí ó wọ́pọ̀ pẹ̀lú ìpele tri-dimensional finite-difference Time-domain (3D FDTD) àti ìfẹ̀sí eigenmode (EME). Àwọn ọ̀nà wọ̀nyí ni ó péye jùlọ, ṣùgbọ́n wọn kò ṣeé lò fún gbogbo àkókò àgbékalẹ̀ PIC. Ìpele tí ó tẹ̀lé ni àgbékalẹ̀ EM onípele 2.5, gẹ́gẹ́ bí àgbékalẹ̀ finite-difference beam (FD-BPM). Àwọn ọ̀nà wọ̀nyí yára jù, ṣùgbọ́n wọ́n fi díẹ̀ sílẹ̀ ní ìpéye wọ́n sì lè ṣe àgbékalẹ̀ paraxial nìkan, a kò sì le lò ó láti ṣe àgbékalẹ̀ resonators, fún àpẹẹrẹ. Ipele ti o tẹle ni iṣeṣiro EM 2D, gẹgẹbi 2D FDTD ati 2D BPM. Awọn wọnyi tun yara ju, ṣugbọn wọn ni iṣẹ ṣiṣe ti o lopin, gẹgẹbi wọn ko le ṣe apẹẹrẹ awọn iyipo polarization. Ipele siwaju ni iṣeṣiro gbigbe ati/tabi simẹnti sita. Apakan pataki kọọkan ni a dinku si paati pẹlu titẹ sii ati iṣẹjade, ati pe itọsọna igbi ti a sopọ mọ dinku si ẹya iyipada ipele ati attenuation. Awọn iṣeṣiro wọnyi yara pupọ. A gba ifihan agbara ti o wu jade nipa sisọ matrix gbigbe pọ si nipasẹ ifihan agbara titẹ sii. Matrix sita (ti awọn eroja rẹ ni a pe ni awọn paramita S) n sọ awọn ifihan agbara titẹ sii ati iṣẹjade pọ si ni ẹgbẹ kan lati wa awọn ifihan agbara titẹ sii ati iṣẹjade ni apa keji ti paati naa. Ni ipilẹ, matrix sita ni afihan inu eroja naa. Matrix sita maa n tobi ni ilọpo meji ju matrix gbigbe lọ ni iwọn kọọkan. Ni ṣoki, lati 3D EM si iṣeṣiro gbigbe/sita, ipele kọọkan ti iṣeṣiro n pese iṣowo laarin iyara ati deede, ati awọn apẹẹrẹ yan ipele sita ti o tọ fun awọn aini pato wọn lati mu ilana ijẹrisi apẹrẹ dara si.
Sibẹsibẹ, gbigbekele simulation elekitironiki ti awọn eroja kan ati lilo matrix itankale/gbigbe lati ṣe simulation gbogbo PIC ko ṣe idaniloju apẹrẹ ti o tọ patapata ni iwaju awo sisan. Fun apẹẹrẹ, awọn gigun ipa ọna ti ko tọ, awọn itọsọna igbi pupọ ti ko kuna lati dẹkun awọn ipo aṣẹ giga ni imunadoko, tabi awọn itọsọna igbi meji ti o sunmọ ara wọn ti o yori si awọn iṣoro asopọpọ airotẹlẹ ni o ṣeeṣe ki a ma ṣe akiyesi lakoko simulation. Nitorinaa, botilẹjẹpe awọn irinṣẹ simulation ti ilọsiwaju pese awọn agbara idaniloju apẹrẹ ti o lagbara, o tun nilo iwọn iṣọra giga ati ayẹwo ti o ṣọra nipasẹ oluṣeto, pẹlu iriri iṣe ati imọ-ẹrọ, lati rii daju pe deede ati igbẹkẹle ti apẹrẹ naa ati dinku eewu ti iwe sisan.
Ọ̀nà kan tí a ń pè ní sparse FDTD gba ààyè láti ṣe àwọn ìṣeré 3D àti 2D FDTD tààrà lórí àwòrán PIC pípé láti fìdí ìṣèré náà múlẹ̀. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ó ṣòro fún ohun èlò ìṣeré magnetic èyíkéyìí láti ṣe àfarawé PIC ńlá kan, FDTD aláwọ̀ dúdú lè ṣe àfarawé agbègbè tó tóbi díẹ̀. Nínú 3D FDTD ìbílẹ̀, ìṣeré náà bẹ̀rẹ̀ nípa ṣíṣe àwọn ẹ̀yà mẹ́fà ti pápá electromagnetic field nínú ìwọ̀n pàtó kan tí a ṣe àyẹ̀wò. Bí àkókò ti ń lọ, a ṣírò ẹ̀yà tuntun nínú ìwọ̀n náà, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Ìgbésẹ̀ kọ̀ọ̀kan nílò ìṣirò púpọ̀, nítorí náà ó gba àkókò gígùn. Nínú 3D FDTD aláwọ̀ dúdú, dípò ṣíṣírò ní ìgbésẹ̀ kọ̀ọ̀kan ní ojú ìpele kọ̀ọ̀kan nínú ìwọ̀n náà, a ń tọ́jú àkójọ àwọn ẹ̀yà pápá tí ó lè bá ìwọ̀n ńlá tí ó wà ní ìmòye mu láìnídìí, tí a sì lè ṣírò fún àwọn ẹ̀yà wọ̀nyẹn nìkan. Ní ìgbésẹ̀ kọ̀ọ̀kan, a ń fi àwọn àmì tí ó wà ní ẹ̀gbẹ́ àwọn ẹ̀yà pápá kún un, nígbà tí a ń ju àwọn ẹ̀yà pápá tí ó wà ní ìsàlẹ̀ ààlà agbára kan sílẹ̀. Fún àwọn ẹ̀yà kan, ìṣeré yìí lè jẹ́ àwọn ìtòlẹ́sẹẹsẹ ìwọ̀n púpọ̀ ju 3D FDTD ìbílẹ̀ lọ. Sibẹsibẹ, awọn FDTDS ti o kere ju ko ṣiṣẹ daradara nigbati o ba n ba awọn eto ti o tuka mu nitori aaye akoko yii tan kaakiri pupọ, ti o yorisi awọn atokọ ti o gun ju ati nira lati ṣakoso. Aworan 1 fihan apẹẹrẹ ibojuwo ti iṣeṣiro FDTD 3D ti o jọra si pipinka beam polarization (PBS).
Àwòrán 1: Àwọn àbájáde ìṣeré láti inú FDTD onípele 3D. (A) jẹ́ àwòrán òkè ti ìṣètò tí a ń ṣe ìṣeré, èyí tí ó jẹ́ ìsopọ̀ ìtọ́sọ́nà. (B) Ó ń fi àwòrán ìṣeré kan hàn nípa lílo ìṣeré quasi-TE. Àwọn àwòrán méjì tí ó wà lókè fi àwòrán òkè ti àmì quasi-TE àti quasi-TM hàn, àti àwọn àwòrán méjì tí ó wà ní ìsàlẹ̀ fi àwòrán ìkọjá tí ó báramu hàn. (C) Ó ń fi àwòrán ìṣeré kan hàn nípa lílo ìṣeré quasi-TM.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Keje-23-2024