ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్ రూపకల్పన

రూపకల్పనఫోటోనిక్ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్

ఫోటోనిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లు(PIC) ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్‌లలో మార్గం పొడవు లేదా మార్గం పొడవుకు సున్నితంగా ఉండే ఇతర అప్లికేషన్‌లలో పాత్ పొడవు యొక్క ప్రాముఖ్యత కారణంగా తరచుగా గణిత స్క్రిప్ట్‌ల సహాయంతో రూపొందించబడతాయి.PICఒక పొరపై బహుళ లేయర్‌లను (సాధారణంగా 10 నుండి 30 వరకు) ప్యాటర్ చేయడం ద్వారా తయారు చేయబడుతుంది, ఇవి అనేక బహుభుజి ఆకృతులను కలిగి ఉంటాయి, తరచుగా GDSII ఆకృతిలో సూచించబడతాయి. ఫోటోమాస్క్ తయారీదారుకి ఫైల్‌ను పంపే ముందు, డిజైన్ యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి PICని అనుకరించగలగడం చాలా అవసరం. అనుకరణ బహుళ స్థాయిలుగా విభజించబడింది: అత్యల్ప స్థాయి త్రిమితీయ విద్యుదయస్కాంత (EM) అనుకరణ, ఇక్కడ అనుకరణ ఉప-తరంగదైర్ఘ్యం స్థాయిలో నిర్వహించబడుతుంది, అయితే పదార్థంలోని పరమాణువుల మధ్య పరస్పర చర్యలు స్థూల స్కేల్‌లో నిర్వహించబడతాయి. సాధారణ పద్ధతులలో త్రిమితీయ పరిమిత-వ్యత్యాసం టైమ్-డొమైన్ (3D FDTD) మరియు ఈజెన్‌మోడ్ విస్తరణ (EME) ఉన్నాయి. ఈ పద్ధతులు అత్యంత ఖచ్చితమైనవి, కానీ మొత్తం PIC అనుకరణ సమయానికి ఆచరణీయం కాదు. తదుపరి స్థాయి 2.5-డైమెన్షనల్ EM అనుకరణ, అంటే పరిమిత-వ్యత్యాస బీమ్ ప్రచారం (FD-BPM). ఈ పద్ధతులు చాలా వేగవంతమైనవి, కానీ కొంత ఖచ్చితత్వాన్ని త్యాగం చేస్తాయి మరియు పారాక్సియల్ ప్రచారాన్ని మాత్రమే నిర్వహించగలవు మరియు రెసొనేటర్‌లను అనుకరించడానికి ఉపయోగించబడవు, ఉదాహరణకు. తదుపరి స్థాయి 2D FDTD మరియు 2D BPM వంటి 2D EM అనుకరణ. ఇవి కూడా వేగవంతమైనవి, కానీ పరిమిత కార్యాచరణను కలిగి ఉంటాయి, అవి ధ్రువణ రొటేటర్‌లను అనుకరించలేవు. తదుపరి స్థాయి ట్రాన్స్మిషన్ మరియు/లేదా స్కాటరింగ్ మ్యాట్రిక్స్ సిమ్యులేషన్. ప్రతి ప్రధాన భాగం ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్‌తో కూడిన కాంపోనెంట్‌కి తగ్గించబడుతుంది మరియు కనెక్ట్ చేయబడిన వేవ్‌గైడ్ దశ మార్పు మరియు అటెన్యుయేషన్ మూలకానికి తగ్గించబడుతుంది. ఈ అనుకరణలు చాలా వేగంగా ఉంటాయి. ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ ద్వారా ట్రాన్స్‌మిషన్ మ్యాట్రిక్స్‌ను గుణించడం ద్వారా అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్ పొందబడుతుంది. స్కాటరింగ్ మ్యాట్రిక్స్ (వీటి మూలకాలను S-పారామితులు అంటారు) ఒక వైపు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌లను గుణించి, మరొక వైపు ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌లను కనుగొనడం. ప్రాథమికంగా, స్కాటరింగ్ మాతృక మూలకం లోపల ప్రతిబింబాన్ని కలిగి ఉంటుంది. స్కాటరింగ్ మాతృక సాధారణంగా ప్రతి పరిమాణంలో ప్రసార మాతృక కంటే రెండు రెట్లు పెద్దదిగా ఉంటుంది. సారాంశంలో, 3D EM నుండి ట్రాన్స్‌మిషన్/స్కాటరింగ్ మ్యాట్రిక్స్ సిమ్యులేషన్ వరకు, సిమ్యులేషన్ యొక్క ప్రతి పొర వేగం మరియు ఖచ్చితత్వం మధ్య ట్రేడ్-ఆఫ్‌ను అందిస్తుంది మరియు డిజైనర్లు డిజైన్ ధ్రువీకరణ ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి వారి నిర్దిష్ట అవసరాల కోసం అనుకరణ యొక్క సరైన స్థాయిని ఎంచుకుంటారు.

అయినప్పటికీ, నిర్దిష్ట మూలకాల యొక్క విద్యుదయస్కాంత అనుకరణపై ఆధారపడటం మరియు మొత్తం PICని అనుకరించడానికి స్కాటరింగ్/ట్రాన్స్‌ఫర్ మ్యాట్రిక్స్‌ని ఉపయోగించడం వలన ఫ్లో ప్లేట్ ముందు పూర్తిగా సరైన డిజైన్‌కు హామీ ఉండదు. ఉదాహరణకు, తప్పుగా లెక్కించబడిన మార్గం పొడవులు, హై-ఆర్డర్ మోడ్‌లను సమర్థవంతంగా అణచివేయడంలో విఫలమయ్యే మల్టీమోడ్ వేవ్‌గైడ్‌లు లేదా ఊహించని కలపడం సమస్యలకు దారితీసే ఒకదానికొకటి చాలా దగ్గరగా ఉండే రెండు వేవ్‌గైడ్‌లు అనుకరణ సమయంలో గుర్తించబడవు. అందువల్ల, అధునాతన అనుకరణ సాధనాలు శక్తివంతమైన డిజైన్ ధ్రువీకరణ సామర్థ్యాలను అందించినప్పటికీ, డిజైన్ యొక్క ఖచ్చితత్వం మరియు విశ్వసనీయతను నిర్ధారించడానికి మరియు ప్రమాదాన్ని తగ్గించడానికి, ఆచరణాత్మక అనుభవం మరియు సాంకేతిక పరిజ్ఞానంతో కలిపి డిజైనర్చే అధిక స్థాయి అప్రమత్తత మరియు జాగ్రత్తగా తనిఖీ అవసరం. ఫ్లో షీట్.

స్పేర్స్ FDTD అని పిలువబడే సాంకేతికత 3D మరియు 2D FDTD అనుకరణలను పూర్తి PIC డిజైన్‌పై నేరుగా డిజైన్‌ని ధృవీకరించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఏదైనా విద్యుదయస్కాంత అనుకరణ సాధనం చాలా పెద్ద స్థాయి PICని అనుకరించడం కష్టమైనప్పటికీ, స్పేర్స్ FDTD చాలా పెద్ద స్థానిక ప్రాంతాన్ని అనుకరించగలదు. సాంప్రదాయ 3D FDTDలో, ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణ పరిమాణంలో విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రంలోని ఆరు భాగాలను ప్రారంభించడం ద్వారా అనుకరణ ప్రారంభమవుతుంది. సమయం పెరుగుతున్న కొద్దీ, వాల్యూమ్‌లోని కొత్త ఫీల్డ్ కాంపోనెంట్ గణించబడుతుంది మరియు మొదలైనవి. ప్రతి దశకు చాలా గణన అవసరం, కాబట్టి ఇది చాలా సమయం పడుతుంది. స్పేర్స్ 3D FDTDలో, వాల్యూమ్‌లోని ప్రతి పాయింట్‌లో ప్రతి దశలో గణించడానికి బదులుగా, ఫీల్డ్ భాగాల జాబితా నిర్వహించబడుతుంది, ఇది సిద్ధాంతపరంగా ఏకపక్షంగా పెద్ద వాల్యూమ్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు ఆ భాగాల కోసం మాత్రమే లెక్కించబడుతుంది. ప్రతి సమయ దశలో, ఫీల్డ్ కాంపోనెంట్‌లకు ఆనుకుని ఉన్న పాయింట్‌లు జోడించబడతాయి, అయితే నిర్దిష్ట పవర్ థ్రెషోల్డ్ కంటే తక్కువ ఫీల్డ్ భాగాలు డ్రాప్ చేయబడతాయి. కొన్ని నిర్మాణాల కోసం, ఈ గణన సాంప్రదాయ 3D FDTD కంటే చాలా వేగంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, చెదరగొట్టే నిర్మాణాలతో వ్యవహరించేటప్పుడు స్పేర్స్ FDTDS బాగా పని చేయదు ఎందుకంటే ఈ సమయ క్షేత్రం చాలా ఎక్కువగా వ్యాపిస్తుంది, ఫలితంగా జాబితాలు చాలా పొడవుగా మరియు నిర్వహించడం కష్టంగా ఉంటాయి. మూర్తి 1 పోలరైజేషన్ బీమ్ స్ప్లిటర్ (PBS) మాదిరిగానే 3D FDTD అనుకరణ యొక్క ఉదాహరణ స్క్రీన్‌షాట్‌ను చూపుతుంది.

మూర్తి 1: 3D స్పార్స్ FDTD నుండి అనుకరణ ఫలితాలు. (A) అనేది డైరెక్షనల్ కప్లర్ అయిన నిర్మాణాన్ని అనుకరించడం యొక్క అగ్ర వీక్షణ. (B) పాక్షిక-TE ఉత్తేజితాన్ని ఉపయోగించి అనుకరణ యొక్క స్క్రీన్‌షాట్‌ను చూపుతుంది. పైన ఉన్న రెండు రేఖాచిత్రాలు పాక్షిక-TE మరియు పాక్షిక-TM సిగ్నల్‌ల ఎగువ వీక్షణను చూపుతాయి మరియు దిగువన ఉన్న రెండు రేఖాచిత్రాలు సంబంధిత క్రాస్-సెక్షనల్ వీక్షణను చూపుతాయి. (C) పాక్షిక-TM ఉత్తేజితాన్ని ఉపయోగించి అనుకరణ యొక్క స్క్రీన్‌షాట్‌ను చూపుతుంది.