Тарроҳиифотоникӣсхемаи интегралӣ
Схемаҳои интегралии фотонӣ(PIC) аксар вақт бо ёрии скриптҳои математикӣ тарҳрезӣ мешаванд, зеро аҳамияти дарозии роҳ дар интерферометрҳо ё дигар барномаҳое, ки ба дарозии роҳ ҳассосанд, муҳим аст.РАСМбо роҳи нақшбандӣ кардани қабатҳои сершумор (одатан аз 10 то 30) дар пластина истеҳсол карда мешавад, ки аз шаклҳои бисёркунҷа иборатанд, ки аксар вақт дар формати GDSII намояндагӣ мешаванд. Пеш аз фиристодани файл ба истеҳсолкунандаи ниқоби фото, имкони симулятсияи PIC барои тасдиқи дурустии тарҳ хеле матлуб аст. Симуляция ба сатҳҳои гуногун тақсим мешавад: сатҳи пасттарин симулятсияи сеченака электромагнитӣ (EM) мебошад, ки дар он симулятсия дар сатҳи зермавҷ анҷом дода мешавад, гарчанде ки таъсири мутақобилаи атомҳо дар мавод дар миқёси макроскопӣ коркард карда мешавад. Усулҳои маъмулӣ иборатанд аз сеченака домени вақти фарқияти ниҳоӣ (FDTD 3D) ва васеъкунии режими хос (EME). Ин усулҳо дақиқтарин мебошанд, аммо барои тамоми вақти симулятсияи PIC амалӣ нестанд. Сатҳи навбатӣ симулятсияи EM-и 2,5-ченака мебошад, ба монанди паҳншавии шуоъи фарқияти ниҳоӣ (FD-BPM). Ин усулҳо хеле зудтаранд, аммо баъзе дақиқиятро аз даст медиҳанд ва танҳо метавонанд паҳншавии параксиалиро идора кунанд ва масалан, барои симулятсияи резонаторҳо истифода намешаванд. Сатҳи навбатӣ симулятсияи EM-и дученака, ба монанди FDTD-и дученака ва BPM-и дученака мебошад. Инҳо низ тезтаранд, аммо функсияҳои маҳдуд доранд, ба монанди онҳо наметавонанд ротаторҳои поляризатсияро симулятсия кунанд. Сатҳи дигар симулятсияи матритсаи интиқол ва/ё парокандагӣ мебошад. Ҳар як ҷузъи асосӣ ба ҷузъи дорои вуруд ва баромад кам карда мешавад ва роҳнамои мавҷгири пайвастшуда ба унсури гузариши фаза ва сустшавӣ кам карда мешавад. Ин симулятсияҳо хеле зуданд. Сигнали баромад бо зарб кардани матритсаи интиқол ба сигнали вурудӣ ба даст оварда мешавад. Матритсаи парокандагӣ (ки унсурҳои он параметрҳои S номида мешаванд) сигналҳои вуруд ва баромадро дар як тараф зарб мекунад, то сигналҳои вуруд ва баромадро дар тарафи дигари ҷузъ пайдо кунад. Асосан, матритсаи парокандагӣ инъикоси дохили элементро дар бар мегирад. Матритсаи парокандагӣ одатан ду маротиба аз матритсаи интиқол дар ҳар як андоза калонтар аст. Хулоса, аз EM-и сеченака то симулятсияи матритсаи интиқол/парокандагӣ, ҳар як қабати симулятсия мувозинати байни суръат ва дақиқиро пешниҳод мекунад ва тарроҳон сатҳи дурусти симулятсияро барои ниёзҳои мушаххаси худ барои беҳсозии раванди тасдиқи тарроҳӣ интихоб мекунанд.
Аммо, такя ба симулятсияи электромагнитии баъзе унсурҳо ва истифодаи матритсаи парокандагӣ/интиқол барои симулятсияи тамоми PIC тарҳи комилан дурустро дар пеши лавҳаи ҷараён кафолат намедиҳад. Масалан, дарозии масирҳои нодуруст ҳисобшуда, роҳнамоҳои мавҷҳои бисёрмода, ки наметавонанд режимҳои тартиби баландро самаранок пахш кунанд, ё ду роҳнамои мавҷ, ки ба якдигар хеле наздиканд ва боиси мушкилоти ғайричашмдошти пайвастшавӣ мешаванд, эҳтимолан ҳангоми симулятсия ноаён мемонанд. Аз ин рӯ, гарчанде ки абзорҳои пешрафтаи симулятсия имкониятҳои пуриқтидори тасдиқи тарҳро фароҳам меоранд, он ҳанӯз ҳам дараҷаи баланди ҳушёрӣ ва санҷиши бодиққатро аз ҷониби тарроҳ, дар якҷоягӣ бо таҷрибаи амалӣ ва дониши техникӣ, барои таъмини дақиқӣ ва эътимоднокии тарҳ ва коҳиш додани хатари ҷадвали ҷараён талаб мекунад.
Усуле, ки FDTD-и пароканда номида мешавад, имкон медиҳад, ки симулятсияҳои 3D ва 2D FDTD мустақиман дар тарҳи пурраи PIC барои тасдиқи тарҳ иҷро карда шаванд. Гарчанде ки барои ягон асбоби симулятсияи электромагнитӣ симулятсияи PIC-и хеле калон душвор аст, FDTD-и пароканда қодир аст, ки як минтақаи маҳаллии нисбатан калонро симулятсия кунад. Дар FDTD-и анъанавии 3D, симулятсия бо ибтидо кардани шаш ҷузъи майдони электромагнитӣ дар дохили ҳаҷми мушаххаси квантӣ оғоз мешавад. Бо гузашти вақт, ҷузъи нави майдон дар ҳаҷм ҳисоб карда мешавад ва ғайра. Ҳар як қадам ҳисобкунии зиёдро талаб мекунад, аз ин рӯ вақти зиёдро мегирад. Дар FDTD-и парокандаи 3D, ба ҷои ҳисоб кардан дар ҳар як қадам дар ҳар як нуқтаи ҳаҷм, рӯйхати ҷузъҳои майдон нигоҳ дошта мешавад, ки метавонанд аз ҷиҳати назариявӣ ба ҳаҷми худсаронаи калон мувофиқат кунанд ва танҳо барои он ҷузъҳо ҳисоб карда шаванд. Дар ҳар як қадами вақт, нуқтаҳои ҳамшафати ҷузъҳои майдон илова карда мешаванд, дар ҳоле ки ҷузъҳои майдон дар зери остонаи муайяни қудрат партофта мешаванд. Барои баъзе сохторҳо, ин ҳисобкунӣ метавонад нисбат ба FDTD-и анъанавии 3D чанд тартиби бузургтар бошад. Аммо, FDTDS-ҳои пароканда ҳангоми кор бо сохторҳои пароканда хуб кор намекунанд, зеро ин майдони вақт аз ҳад зиёд паҳн мешавад ва дар натиҷа рӯйхатҳое ба вуҷуд меоянд, ки хеле дароз ва идора карданашон душвор аст. Дар расми 1 намунаи скриншоти симулятсияи FDTD-и сеандоза, ки ба тақсимкунандаи шуоъҳои поляризатсия (PBS) монанд аст, нишон дода шудааст.
Расми 1: Натиҷаҳои симулятсия аз FDTD-и парокандаи 3D. (A) намуди болоии сохтори симулятсияшаванда аст, ки пайвасткунандаи самтӣ мебошад. (B) Скриншоти симулятсияро бо истифода аз ангезиши квази-TE нишон медиҳад. Ду диаграммаи дар боло овардашуда намуди болоии сигналҳои квази-TE ва квази-TM ва ду диаграммаи дар поён овардашуда намуди буриши мувофиқро нишон медиҳанд. (C) Скриншоти симулятсияро бо истифода аз ангезиши квази-TM нишон медиҳад.
Вақти нашр: 23 июли соли 2024