د فوتونیک مدغم سرکټ ډیزاین

ډیزاین دفوټونیکمدغم سرکټ

د فوتونیک مدغم سرکټونه(PIC) ډیری وختونه د ریاضيکي سکریپټونو په مرسته ډیزاین کیږي ځکه چې په انټرفیرومیټرونو یا نورو غوښتنلیکونو کې د لارې اوږدوالي اهمیت لري چې د لارې اوږدوالي سره حساس دي.انځوردا په ویفر باندې د څو طبقو (معمولا له ۱۰ څخه تر ۳۰ پورې) د پیټر کولو له لارې تولید کیږي، کوم چې د ډیری پولیګونال شکلونو څخه جوړ شوي دي، ډیری وختونه د GDSII بڼه کې ښودل شوي. د فوټوماسک جوړونکي ته د فایل لیږلو دمخه، دا په کلکه مطلوب دی چې د ډیزاین د سموالي تصدیق کولو لپاره د PIC سمولیشن کولو وړ اوسئ. سمولیشن په څو کچو ویشل شوی: ترټولو ټیټه کچه درې اړخیزه الکترومقناطیسي (EM) سمولیشن دی، چیرې چې سمولیشن د فرعي طول موج په کچه ترسره کیږي، که څه هم په موادو کې د اتومونو ترمنځ تعاملات په میکروسکوپي پیمانه اداره کیږي. عادي میتودونو کې درې اړخیزه محدود توپیر وخت ډومین (3D FDTD) او ایګین موډ توسیع (EME) شامل دي. دا میتودونه خورا دقیق دي، مګر د ټول PIC سمولیشن وخت لپاره غیر عملي دي. بله کچه د 2.5-ابعادي EM سمولیشن دی، لکه د محدود توپیر بیم تبلیغ (FD-BPM). دا میتودونه خورا ګړندي دي، مګر یو څه دقت قرباني کوي او یوازې د پاراکسیل تکثیر اداره کولی شي او د مثال په توګه د ریزونیټرونو سمولیشن کولو لپاره نشي کارول کیدی. بله کچه د 2D EM سمولیشن دی، لکه 2D FDTD او 2D BPM. دا هم ګړندي دي، مګر محدود فعالیت لري، لکه دوی نشي کولی د قطبي کولو څرخیدونکي تقلید کړي. بله کچه د لیږد او/یا توزیع کونکي میټریکس سمولیشن دی. هر لوی جز د ان پټ او آوټ پټ سره یوې برخې ته راټیټ شوی، او وصل شوی ویو ګایډ د فیز شفټ او کموالي عنصر ته راټیټ شوی. دا سمولیشنونه خورا ګړندي دي. د محصول سیګنال د لیږد میټریکس د ان پټ سیګنال لخوا ضرب کولو سره ترلاسه کیږي. د توزیع کونکي میټریکس (چې عناصر یې S-پیرامیټرونه بلل کیږي) د اجزا په بل اړخ کې د ان پټ او آوټ پټ سیګنالونو موندلو لپاره د ان پټ او آوټ پټ سیګنالونو له یوې خوا ضرب کوي. په اصل کې، د توزیع کونکي میټریکس د عنصر دننه انعکاس لري. د توزیع کونکي میټریکس معمولا په هر ابعاد کې د لیږد میټریکس په پرتله دوه چنده لوی وي. په لنډیز کې، د 3D EM څخه د لیږد/توزیع کونکي میټریکس سمولیشن ته، د سمولیشن هر پرت د سرعت او دقت ترمنځ سوداګري وړاندې کوي، او ډیزاینران د ډیزاین اعتبار پروسې غوره کولو لپاره د دوی د ځانګړو اړتیاو لپاره د سمولیشن سمه کچه غوره کوي.

په هرصورت، د ځینو عناصرو په الکترو مقناطیسي سمولیشن باندې تکیه کول او د ټول PIC سمولیشن لپاره د توزیع کولو/لیږد میټریکس کارول د جریان پلیټ مخې ته په بشپړ ډول سم ډیزاین تضمین نه کوي. د مثال په توګه، غلط محاسبه شوي لارې اوږدوالی، څو موډ ویو ګایډونه چې په مؤثره توګه د لوړ ترتیب حالتونو د مخنیوي کې پاتې راځي، یا دوه ویو ګایډونه چې یو بل ته ډیر نږدې دي چې د غیر متوقع جوړه کولو ستونزو لامل کیږي احتمال لري چې د سمولیشن پرمهال کشف نشي. له همدې امله، که څه هم پرمختللي سمولیشن وسایل د ډیزاین اعتبار قوي وړتیاوې چمتو کوي، دا لاهم د ډیزاینر لخوا د لوړې کچې احتیاط او محتاط تفتیش ته اړتیا لري، د عملي تجربې او تخنیکي پوهې سره یوځای، ترڅو د ډیزاین دقت او اعتبار ډاډمن کړي او د جریان شیټ خطر کم کړي.

یو تخنیک چې sparse FDTD نومیږي، د 3D او 2D FDTD سمولیشنونو ته اجازه ورکوي چې په مستقیم ډول په بشپړ PIC ډیزاین کې ترسره شي ترڅو ډیزاین تایید کړي. که څه هم د هر الکترو مقناطیسي سمولیشن وسیلې لپاره د خورا لوی پیمانه PIC سمولیشن کول ستونزمن دي، sparse FDTD د کافي لوی سیمه سمولیشن کولو توان لري. په دودیز 3D FDTD کې، سمولیشن د ځانګړي مقدار شوي حجم دننه د الکترو مقناطیسي ساحې شپږ اجزاو پیل کولو سره پیل کیږي. لکه څنګه چې وخت پرمختګ کوي، په حجم کې د نوي ساحې برخه محاسبه کیږي، او داسې نور. هر ګام ډیر محاسبې ته اړتیا لري، نو دا ډیر وخت نیسي. په sparse 3D FDTD کې، د حجم په هر نقطه کې د هر ګام په محاسبه کولو پرځای، د ساحې اجزاو لیست ساتل کیږي چې کولی شي په تیوريکي ډول د یو خپل سري لوی حجم سره مطابقت ولري او یوازې د دې اجزاو لپاره محاسبه شي. په هر وخت ګام کې، د ساحې اجزاو سره نږدې ټکي اضافه کیږي، پداسې حال کې چې د یو ځانګړي بریښنا حد لاندې د ساحې اجزا پریښودل کیږي. د ځینو جوړښتونو لپاره، دا محاسبه د دودیز 3D FDTD په پرتله د شدت څو امرونه ګړندي کیدی شي. په هرصورت، سپیر FDTDS د خپریدونکي جوړښتونو سره د معاملو په وخت کې ښه فعالیت نه کوي ځکه چې دا وخت ساحه ډیره خپریږي، په پایله کې هغه لیستونه رامینځته کیږي چې ډیر اوږد او اداره کول یې ستونزمن دي. شکل 1 د قطبي کولو بیم سپلیټر (PBS) ته ورته د 3D FDTD سمولیشن یوه بیلګه سکرین شاټ ښیې.

شکل ۱: د درې بعدي سپارس FDTD څخه د سمولیشن پایلې. (A) د هغه جوړښت پورته لید دی چې سمولیشن کیږي، کوم چې یو لارښود کوپلر دی. (B) د نیمه TE اکسیټیشن په کارولو سره د سمولیشن سکرین شاټ ښیې. پورته دوه ډیاګرامونه د نیمه TE او نیمه TM سیګنالونو پورته لید ښیې، او لاندې دوه ډیاګرامونه د اړونده کراس سیکشنل لید ښیې. (C) د نیمه TM اکسیټیشن په کارولو سره د سمولیشن سکرین شاټ ښیې.