ෆෝටෝනික් ඒකාබද්ධ පරිපථයේ නිර්මාණය

නිර්මාණයෆෝටෝනික්ඒකාබද්ධ පරිපථය

ෆෝටෝනික් අනුකලිත පරිපථ(PIC) බොහෝ විට ගණිතමය අක්ෂර ආධාරයෙන් නිර්මාණය කර ඇත්තේ ඉන්ටර්ෆෙරෝමීටරවල හෝ මාර්ග දිගට සංවේදී වන වෙනත් යෙදුම්වල මාර්ග දිගෙහි වැදගත්කම නිසාය.ඡායාරූපයබහු ස්ථර (සාමාන්‍යයෙන් 10 සිට 30 දක්වා) වේෆරයක් මත පැටර් කිරීම මගින් නිෂ්පාදනය කරනු ලැබේ, ඒවා බොහෝ විට GDSII ආකෘතියෙන් නිරූපණය කෙරේ. ගොනුව ෆොටෝමාස්ක් නිෂ්පාදකයා වෙත යැවීමට පෙර, නිර්මාණයේ නිවැරදි බව සත්‍යාපනය කිරීම සඳහා PIC අනුකරණය කිරීමට හැකිවීම දැඩි ලෙස යෝග්‍ය වේ. සමාකරණය බහු මට්ටම්වලට බෙදා ඇත: පහළම මට්ටම වන්නේ ත්‍රිමාණ විද්‍යුත් චුම්භක (EM) අනුකරණයයි, එහිදී අනුකරණය උප තරංග ආයාම මට්ටමින් සිදු කරනු ලැබේ, නමුත් ද්‍රව්‍යයේ පරමාණු අතර අන්තර්ක්‍රියා සාර්ව පරිමාණයෙන් හසුරුවනු ලැබේ. සාමාන්‍ය ක්‍රමවලට ත්‍රිමාණ සීමිත-වෙනස කාල-වසම (3D FDTD) සහ අයිජන්මාඩ් ප්‍රසාරණය (EME) ඇතුළත් වේ. මෙම ක්‍රම වඩාත් නිවැරදි නමුත් සමස්ත PIC සමාකරණ කාලය සඳහා ප්‍රායෝගික නොවේ. ඊළඟ මට්ටම වන්නේ සීමිත-වෙනස කදම්භ ප්‍රචාරණය (FD-BPM) වැනි 2.5-මාන EM අනුකරණයයි. මෙම ක්‍රම බොහෝ වේගවත් වේ, නමුත් යම් නිරවද්‍යතාවයක් කැප කරන අතර පරාක්ෂීය ප්‍රචාරණය පමණක් හැසිරවිය හැකි අතර උදාහරණයක් ලෙස අනුනාදක අනුකරණය කිරීමට භාවිතා කළ නොහැක. ඊළඟ මට්ටම වන්නේ 2D FDTD සහ 2D BPM වැනි 2D EM සමාකරණයයි. මේවා ද වේගවත් වන නමුත් සීමිත ක්‍රියාකාරීත්වයක් ඇත, මන්ද ඒවාට ධ්‍රැවීකරණ භ්‍රමක අනුකරණය කළ නොහැක. තවත් මට්ටමක් වන්නේ සම්ප්‍රේෂණය සහ/හෝ විසිරුම් අනුකරණයයි. සෑම ප්‍රධාන සංරචකයක්ම ආදානය සහ ප්‍රතිදානය සහිත සංරචකයකට අඩු කර ඇති අතර, සම්බන්ධිත තරංග මාර්ගෝපදේශය අදියර මාරුව සහ දුර්වල කිරීමේ මූලද්‍රව්‍යයකට අඩු කරනු ලැබේ. මෙම සමාකරණ අතිශයින් වේගවත් වේ. ප්‍රතිදාන සංඥාව ලබා ගන්නේ සම්ප්‍රේෂණ අනුකෘතිය ආදාන සංඥාව මගින් ගුණ කිරීමෙනි. විසිරුම් අනුකෘතිය (එහි මූලද්‍රව්‍ය S-පරාමිතීන් ලෙස හැඳින්වේ) සංරචකයේ අනෙක් පැත්තේ ආදාන සහ ප්‍රතිදාන සංඥා සොයා ගැනීම සඳහා එක් පැත්තකින් ආදාන සහ ප්‍රතිදාන සංඥා ගුණ කරයි. මූලික වශයෙන්, විසිරුම් අනුකෘතියේ මූලද්‍රව්‍යය තුළ පරාවර්තනය අඩංගු වේ. විසිරුම් අනුකෘතිය සාමාන්‍යයෙන් එක් එක් මානය තුළ සම්ප්‍රේෂණ අනුකෘතිය මෙන් දෙගුණයක් විශාල වේ. සාරාංශයක් ලෙස, 3D EM සිට සම්ප්‍රේෂණ/විසිරුම් අනුකෘති අනුකරණය දක්වා, සමාකරණයේ සෑම ස්ථරයක්ම වේගය සහ නිරවද්‍යතාවය අතර හුවමාරුවක් ඉදිරිපත් කරන අතර, නිර්මාණකරුවන් සැලසුම් වලංගුකරණ ක්‍රියාවලිය ප්‍රශස්ත කිරීම සඳහා ඔවුන්ගේ නිශ්චිත අවශ්‍යතා සඳහා නිවැරදි මට්ටමේ සමාකරණය තෝරා ගනී.

කෙසේ වෙතත්, ඇතැම් මූලද්‍රව්‍යවල විද්‍යුත් චුම්භක අනුකරණය මත විශ්වාසය තැබීම සහ සම්පූර්ණ PIC අනුකරණය කිරීම සඳහා විසිරුම්/මාරු අනුකෘතියක් භාවිතා කිරීම ප්‍රවාහ තහඩුව ඉදිරිපිට සම්පූර්ණයෙන්ම නිවැරදි සැලසුමක් සහතික නොකරයි. උදාහරණයක් ලෙස, වැරදි ලෙස ගණනය කරන ලද මාර්ග දිග, ඉහළ අනුපිළිවෙල මාතයන් ඵලදායී ලෙස මර්දනය කිරීමට අපොහොසත් වන බහුමාධ්‍ය තරංග මාර්ගෝපදේශ හෝ අනපේක්ෂිත සම්බන්ධක ගැටළු වලට තුඩු දෙන එකිනෙකට ඉතා සමීප තරංග මාර්ගෝපදේශ දෙකක් අනුකරණය අතරතුර අනාවරණය නොවීමට ඉඩ ඇත. එබැවින්, උසස් සමාකරණ මෙවලම් බලවත් නිර්මාණ වලංගුකරණ හැකියාවන් සපයන නමුත්, සැලසුමේ නිරවද්‍යතාවය සහ විශ්වසනීයත්වය සහතික කිරීම සහ ප්‍රවාහ පත්‍රයේ අවදානම අඩු කිරීම සඳහා, ප්‍රායෝගික අත්දැකීම් සහ තාක්ෂණික දැනුම සමඟ ඒකාබද්ධව, නිර්මාණකරු විසින් ඉහළ මට්ටමේ සුපරීක්ෂාකාරීත්වයක් සහ ප්‍රවේශමෙන් පරීක්ෂාවක් තවමත් අවශ්‍ය වේ.

ස්පාර්ස් FDTD ලෙස හඳුන්වන තාක්‍ෂණයක් මඟින් නිර්මාණය වලංගු කිරීම සඳහා සම්පූර්ණ PIC නිර්මාණයක් මත 3D සහ 2D FDTD සමාකරණ සෘජුවම සිදු කිරීමට ඉඩ සලසයි. ඕනෑම විද්‍යුත් චුම්භක සමාකරණ මෙවලමකට ඉතා විශාල පරිමාණ PIC අනුකරණය කිරීම දුෂ්කර වුවද, ස්පාර්ස් FDTD තරමක් විශාල දේශීය ප්‍රදේශයක් අනුකරණය කිරීමට සමත් වේ. සාම්ප්‍රදායික 3D FDTD හි, සමාකරණය ආරම්භ වන්නේ නිශ්චිත ප්‍රමාණාත්මක පරිමාවක් තුළ විද්‍යුත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ සංරචක හය ආරම්භ කිරීමෙනි. කාලය ඉදිරියට යත්ම, පරිමාවේ නව ක්ෂේත්‍ර සංරචකය ගණනය කරනු ලැබේ, යනාදිය. සෑම පියවරකටම බොහෝ ගණනය කිරීම් අවශ්‍ය වේ, එබැවින් එය දිගු කාලයක් ගතවේ. ස්පාර්ස් 3D FDTD හි, පරිමාවේ සෑම ලක්ෂ්‍යයකම එක් එක් පියවරේදී ගණනය කිරීම වෙනුවට, න්‍යායාත්මකව අත්තනෝමතික ලෙස විශාල පරිමාවකට අනුරූප විය හැකි සහ එම සංරචක සඳහා පමණක් ගණනය කළ හැකි ක්ෂේත්‍ර සංරචක ලැයිස්තුවක් පවත්වා ගෙන යනු ලැබේ. සෑම කාල පියවරකදීම, ක්ෂේත්‍ර සංරචකවලට යාබද ලක්ෂ්‍ය එකතු කරනු ලබන අතර, යම් බල සීමාවකට පහළින් ඇති ක්ෂේත්‍ර සංරචක පහත වැටේ. සමහර ව්‍යුහයන් සඳහා, මෙම ගණනය කිරීම සාම්ප්‍රදායික 3D FDTD ට වඩා විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලවල් කිහිපයක් වේගවත් විය හැකිය. කෙසේ වෙතත්, විරල FDTDS, විසරණ ව්‍යුහයන් සමඟ කටයුතු කිරීමේදී හොඳින් ක්‍රියා නොකරයි, මන්ද මෙම කාල ක්ෂේත්‍රය ඕනෑවට වඩා පැතිරෙන අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැයිස්තු ඉතා දිගු වන අතර කළමනාකරණය කිරීමට අපහසු වේ. රූපය 1 ධ්‍රැවීකරණ කදම්භ විභේදකයකට (PBS) සමාන 3D FDTD සමාකරණයක උදාහරණ තිර රුවක් පෙන්වයි.

රූපය 1: 3D විරල FDTD වලින් ලැබෙන සමාකරණ ප්‍රතිඵල. (A) යනු අනුකරණය කරනු ලබන ව්‍යුහයේ ඉහළ දසුනකි, එය දිශානුගත කප්ලර් එකකි. (B) අර්ධ-TE උද්දීපනය භාවිතා කරන සමාකරණයක තිර රුවක් පෙන්වයි. ඉහත රූප සටහන් දෙක අර්ධ-TE සහ අර්ධ-TM සංඥා වල ඉහළ දසුන පෙන්වන අතර, පහත රූප සටහන් දෙක අනුරූප හරස්කඩ දර්ශනය පෙන්වයි. (C) අර්ධ-TM උද්දීපනය භාවිතා කරන සමාකරණයක තිර රුවක් පෙන්වයි.