फोटॉनिक इंटिग्रेटेड सर्किटची रचना

ची रचनाफोटॉनिकएकात्मिक सर्किट

फोटॉनिक इंटिग्रेटेड सर्किट्स(पीआयसी) बर्‍याचदा गणिताच्या स्क्रिप्ट्सच्या मदतीने डिझाइन केले जाते कारण इंटरफेरोमीटर किंवा पथ लांबीसाठी संवेदनशील असलेल्या इतर अनुप्रयोगांमध्ये पथ लांबीचे महत्त्व आहे.चित्रवेफरवर एकाधिक थर (सामान्यत: 10 ते 30) पॅटिंगद्वारे तयार केले जाते, जे अनेक बहुभुज आकाराचे बनलेले असते, जे बहुतेकदा जीडीएसआयआय स्वरूपात प्रतिनिधित्व करतात. फोटोमास्क निर्मात्यास फाइल पाठविण्यापूर्वी, डिझाइनची शुद्धता सत्यापित करण्यासाठी पीआयसीचे अनुकरण करण्यास सक्षम असणे जोरदार इष्ट आहे. सिम्युलेशन एकाधिक स्तरामध्ये विभागले गेले आहे: सर्वात कमी पातळी म्हणजे त्रिमितीय इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक (ईएम) सिम्युलेशन, जेथे सिम्युलेशन उप-तरंगलांबी पातळीवर केले जाते, जरी सामग्रीमधील अणू दरम्यानचे संवाद मॅक्रोस्कोपिक स्केलवर हाताळले जातात. ठराविक पद्धतींमध्ये त्रिमितीय मर्यादित-फरक टाइम-डोमेन (3 डी एफडीटीडी) आणि आयगेनमोड विस्तार (ईएमई) समाविष्ट आहे. या पद्धती सर्वात अचूक आहेत, परंतु संपूर्ण पीआयसी सिम्युलेशन वेळेसाठी अव्यवहार्य आहेत. पुढील स्तर 2.5-आयामी ईएम सिम्युलेशन आहे, जसे की परिमित-फरक बीम प्रसार (एफडी-बीपीएम). या पद्धती बर्‍याच वेगवान आहेत, परंतु काही अचूकतेचा त्याग करा आणि केवळ पॅरॅक्सियल प्रसार हाताळू शकतात आणि उदाहरणार्थ रेझोनेटरचे अनुकरण करण्यासाठी वापरले जाऊ शकत नाही. पुढील स्तर 2 डी एफडीटीडी आणि 2 डी बीपीएम सारखे 2 डी ईएम सिम्युलेशन आहे. हे देखील वेगवान आहेत, परंतु कार्यक्षमता मर्यादित आहे, जसे की ते ध्रुवीकरण रोटेटरचे अनुकरण करू शकत नाहीत. पुढील स्तर म्हणजे ट्रान्समिशन आणि/किंवा स्कॅटरिंग मॅट्रिक्स सिम्युलेशन. प्रत्येक मुख्य घटक इनपुट आणि आउटपुटसह घटकात कमी केला जातो आणि कनेक्ट केलेले वेव्हगुइड फेज शिफ्ट आणि क्षीणन घटकात कमी केले जाते. ही नक्कल अत्यंत वेगवान आहे. इनपुट सिग्नलद्वारे ट्रान्समिशन मॅट्रिक्स गुणाकार करून आउटपुट सिग्नल प्राप्त केला जातो. घटकाच्या दुसर्‍या बाजूला इनपुट आणि आउटपुट सिग्नल शोधण्यासाठी स्कॅटरिंग मॅट्रिक्स (ज्याचे घटक एस-पॅरामीटर्स म्हणतात) एका बाजूला इनपुट आणि आउटपुट सिग्नल गुणाकार करतात. मूलभूतपणे, स्कॅटरिंग मॅट्रिक्समध्ये घटकातील प्रतिबिंब असते. स्कॅटरिंग मॅट्रिक्स सहसा प्रत्येक परिमाणात ट्रांसमिशन मॅट्रिक्सपेक्षा दुप्पट असतो. सारांश, 3 डी ईएमपासून ट्रान्समिशन/स्कॅटरिंग मॅट्रिक्स सिम्युलेशनपर्यंत, सिम्युलेशनचा प्रत्येक स्तर वेग आणि अचूकता दरम्यान एक व्यापार-बंद सादर करतो आणि डिझाइनर्स डिझाइन प्रमाणीकरण प्रक्रियेस अनुकूलित करण्यासाठी त्यांच्या विशिष्ट आवश्यकतांसाठी सिम्युलेशनची योग्य पातळी निवडतात.

तथापि, विशिष्ट घटकांच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सिम्युलेशनवर अवलंबून राहणे आणि संपूर्ण पीआयसीचे अनुकरण करण्यासाठी स्कॅटरिंग/ट्रान्सफर मॅट्रिक्स वापरणे फ्लो प्लेटच्या समोर पूर्णपणे योग्य डिझाइनची हमी देत ​​नाही. उदाहरणार्थ, चुकीच्या गणिताच्या पथ लांबी, मल्टीमोड वेव्हगॉइड्स जे उच्च-ऑर्डर मोड प्रभावीपणे दडपण्यात अयशस्वी होतात किंवा दोन वेव्हगॉइड्स जे एकमेकांच्या अगदी जवळ असतात ज्यामुळे अनपेक्षित जोड्या समस्या उद्भवू शकतात. म्हणूनच, प्रगत सिम्युलेशन साधने शक्तिशाली डिझाइन वैधता क्षमता प्रदान करतात, तरीही डिझाइनची अचूकता आणि विश्वासार्हता सुनिश्चित करण्यासाठी आणि प्रवाह पत्रकाचा धोका कमी करण्यासाठी, व्यावहारिक अनुभव आणि तांत्रिक ज्ञानासह डिझाइनरद्वारे उच्च दक्षता आणि काळजीपूर्वक तपासणी आवश्यक आहे.

स्पार्स एफडीटीडी नावाचे तंत्र डिझाइनचे प्रमाणीकरण करण्यासाठी 3 डी आणि 2 डी एफडीटीडी सिम्युलेशन थेट संपूर्ण पीआयसी डिझाइनवर करण्यास अनुमती देते. कोणत्याही इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सिम्युलेशन टूलला खूप मोठ्या प्रमाणात चित्रांचे अनुकरण करणे अवघड असले तरी, विरळ एफडीटीडी बर्‍यापैकी मोठ्या स्थानिक क्षेत्राचे अनुकरण करण्यास सक्षम आहे. पारंपारिक 3 डी एफडीटीडीमध्ये, सिम्युलेशन विशिष्ट क्वान्टाइज्ड व्हॉल्यूममध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या सहा घटकांना प्रारंभ करून प्रारंभ होते. जसजशी वेळ जसजशी वाढत जाईल तसतसे व्हॉल्यूममधील नवीन फील्ड घटक गणना केली जाते, वगैरे. प्रत्येक चरणात बरीच गणना आवश्यक असते, म्हणून यास बराच वेळ लागतो. विरळ थ्रीडी एफडीटीडीमध्ये, व्हॉल्यूमच्या प्रत्येक बिंदूवर प्रत्येक चरणात गणना करण्याऐवजी, फील्ड घटकांची यादी कायम ठेवली जाते जी सैद्धांतिकदृष्ट्या अनियंत्रितपणे मोठ्या प्रमाणात अनुरुप असू शकते आणि केवळ त्या घटकांसाठीच गणना केली जाऊ शकते. प्रत्येक वेळी चरणात, फील्ड घटकांना लागून असलेले गुण जोडले जातात, तर विशिष्ट पॉवर थ्रेशोल्डच्या खाली फील्ड घटक सोडले जातात. काही संरचनांसाठी, ही गणना पारंपारिक 3 डी एफडीटीडीपेक्षा वेगवान अनेक ऑर्डर असू शकते. तथापि, विखुरलेल्या संरचनांचा व्यवहार करताना विरळ एफडीटीडी चांगली कामगिरी करत नाहीत कारण या वेळेचे क्षेत्र खूप पसरते, परिणामी याद्या खूप लांब आणि व्यवस्थापित करणे कठीण आहे. आकृती 1 ध्रुवीकरण बीम स्प्लिटर (पीबीएस) प्रमाणेच 3 डी एफडीटीडी सिम्युलेशनचे स्क्रीनशॉट उदाहरण दर्शविते.

आकृती 1: 3 डी विरळ एफडीटीडी पासून सिम्युलेशन परिणाम. (अ) संरचनेचे नक्कल करण्याचे एक शीर्ष दृश्य आहे, जे एक दिशात्मक कपलर आहे. (बी) अर्ध-टी उत्तेजनाचा वापर करून सिम्युलेशनचा स्क्रीनशॉट दर्शवितो. वरील दोन आकृत्या अर्ध-टीई आणि अर्ध-टीएम सिग्नलचे वरचे दृश्य दर्शवितात आणि खाली दोन आकृत्या संबंधित क्रॉस-सेक्शनल दृश्य दर्शवितात. (सी) अर्ध-टीएम उत्तेजनाचा वापर करून सिम्युलेशनचा स्क्रीनशॉट दर्शवितो.