ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের নকশা

নকশাফোটোনিকইন্টিগ্রেটেড সার্কিট

ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট(PIC) প্রায়শই গাণিতিক স্ক্রিপ্টের সাহায্যে ডিজাইন করা হয় কারণ ইন্টারফেরোমিটার বা পথের দৈর্ঘ্যের প্রতি সংবেদনশীল অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে পথের দৈর্ঘ্যের গুরুত্ব বেশি।ছবিএটি একটি ওয়েফারের উপর একাধিক স্তর (সাধারণত ১০ থেকে ৩০) প্যাটারিং করে তৈরি করা হয়, যা অনেক বহুভুজ আকৃতির সমন্বয়ে গঠিত, যা প্রায়শই GDSII ফর্ম্যাটে উপস্থাপিত হয়। ফটোমাস্ক প্রস্তুতকারকের কাছে ফাইল পাঠানোর আগে, নকশার সঠিকতা যাচাই করার জন্য PIC সিমুলেশন করতে সক্ষম হওয়া অত্যন্ত বাঞ্ছনীয়। সিমুলেশনটি একাধিক স্তরে বিভক্ত: সর্বনিম্ন স্তর হল ত্রি-মাত্রিক ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক (EM) সিমুলেশন, যেখানে সিমুলেশনটি সাব-ওয়েভলেন্থ স্তরে সঞ্চালিত হয়, যদিও উপাদানের পরমাণুর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া ম্যাক্রোস্কোপিক স্কেলে পরিচালিত হয়। সাধারণ পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে ত্রি-মাত্রিক সসীম-পার্থক্য সময়-ডোমেন (3D FDTD) এবং আইজেনমোড সম্প্রসারণ (EME)। এই পদ্ধতিগুলি সবচেয়ে নির্ভুল, তবে সমগ্র PIC সিমুলেশন সময়ের জন্য অবাস্তব। পরবর্তী স্তর হল 2.5-মাত্রিক EM সিমুলেশন, যেমন সসীম-পার্থক্য বিম প্রচার (FD-BPM)। এই পদ্ধতিগুলি অনেক দ্রুত, তবে কিছু নির্ভুলতা ত্যাগ করে এবং শুধুমাত্র প্যারাক্সিয়াল প্রচার পরিচালনা করতে পারে এবং উদাহরণস্বরূপ, অনুরণনকারী অনুকরণ করতে ব্যবহার করা যায় না। পরবর্তী স্তর হল 2D EM সিমুলেশন, যেমন 2D FDTD এবং 2D BPM। এগুলিও দ্রুততর, কিন্তু সীমিত কার্যকারিতা রয়েছে, যেমন তারা পোলারাইজেশন রোটেটর সিমুলেট করতে পারে না। আরও একটি স্তর হল ট্রান্সমিশন এবং/অথবা স্ক্যাটারিং ম্যাট্রিক্স সিমুলেশন। প্রতিটি প্রধান উপাদান ইনপুট এবং আউটপুট সহ একটি উপাদানে হ্রাস করা হয় এবং সংযুক্ত ওয়েভগাইড একটি ফেজ শিফট এবং অ্যাটেন্যুয়েশন উপাদানে হ্রাস করা হয়। এই সিমুলেশনগুলি অত্যন্ত দ্রুত। ইনপুট সিগন্যাল দ্বারা ট্রান্সমিশন ম্যাট্রিক্সকে গুণ করে আউটপুট সিগন্যাল পাওয়া যায়। স্ক্যাটারিং ম্যাট্রিক্স (যার উপাদানগুলিকে S-প্যারামিটার বলা হয়) উপাদানের অন্য দিকে ইনপুট এবং আউটপুট সিগন্যাল খুঁজে পেতে একদিকে ইনপুট এবং আউটপুট সিগন্যালগুলিকে গুণ করে। মূলত, স্ক্যাটারিং ম্যাট্রিক্সে উপাদানের ভিতরে প্রতিফলন থাকে। স্ক্যাটারিং ম্যাট্রিক্স সাধারণত প্রতিটি মাত্রায় ট্রান্সমিশন ম্যাট্রিক্সের দ্বিগুণ বড় হয়। সংক্ষেপে, 3D EM থেকে ট্রান্সমিশন/স্ক্যাটারিং ম্যাট্রিক্স সিমুলেশন পর্যন্ত, সিমুলেশনের প্রতিটি স্তর গতি এবং নির্ভুলতার মধ্যে একটি ট্রেড-অফ উপস্থাপন করে এবং ডিজাইনাররা নকশা যাচাইকরণ প্রক্রিয়াটি অপ্টিমাইজ করার জন্য তাদের নির্দিষ্ট প্রয়োজনের জন্য সিমুলেশনের সঠিক স্তর বেছে নেয়।

তবে, নির্দিষ্ট উপাদানের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সিমুলেশনের উপর নির্ভর করে এবং সম্পূর্ণ PIC সিমুলেশন করার জন্য একটি স্ক্যাটারিং/ট্রান্সফার ম্যাট্রিক্স ব্যবহার করে ফ্লো প্লেটের সামনে সম্পূর্ণ সঠিক নকশার নিশ্চয়তা দেওয়া যায় না। উদাহরণস্বরূপ, ভুল গণনা করা পথের দৈর্ঘ্য, মাল্টিমোড ওয়েভগাইড যা কার্যকরভাবে উচ্চ-ক্রম মোড দমন করতে ব্যর্থ হয়, অথবা দুটি ওয়েভগাইড যা একে অপরের খুব কাছাকাছি থাকে যা অপ্রত্যাশিত সংযোগ সমস্যার দিকে পরিচালিত করে, সিমুলেশনের সময় অজ্ঞাত থাকার সম্ভাবনা থাকে। অতএব, যদিও উন্নত সিমুলেশন সরঞ্জামগুলি শক্তিশালী নকশা যাচাইকরণ ক্ষমতা প্রদান করে, তবুও নকশার নির্ভুলতা এবং নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করতে এবং প্রবাহ শীটের ঝুঁকি কমাতে ডিজাইনারের দ্বারা উচ্চ মাত্রার সতর্কতা এবং সতর্কতামূলক পরিদর্শন প্রয়োজন, ব্যবহারিক অভিজ্ঞতা এবং প্রযুক্তিগত জ্ঞানের সাথে মিলিত।

স্পার্স এফডিটিডি নামক একটি কৌশলের মাধ্যমে নকশা যাচাই করার জন্য একটি সম্পূর্ণ পিআইসি ডিজাইনে সরাসরি 3D এবং 2D এফডিটিডি সিমুলেশন করা সম্ভব। যদিও যেকোনো ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সিমুলেশন টুলের পক্ষে খুব বড় স্কেলের পিআইসি সিমুলেশন করা কঠিন, স্পার্স এফডিটিডি মোটামুটি বৃহৎ স্থানীয় এলাকা সিমুলেশন করতে সক্ষম। ঐতিহ্যবাহী 3D এফডিটিডিতে, একটি নির্দিষ্ট কোয়ান্টাইজড আয়তনের মধ্যে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্রের ছয়টি উপাদান শুরু করে সিমুলেশন শুরু হয়। সময়ের সাথে সাথে, আয়তনে নতুন ক্ষেত্র উপাদান গণনা করা হয়, ইত্যাদি। প্রতিটি ধাপে অনেক গণনার প্রয়োজন হয়, তাই এটি দীর্ঘ সময় নেয়। স্পার্স 3D এফডিটিডিতে, আয়তনের প্রতিটি বিন্দুতে প্রতিটি ধাপে গণনা করার পরিবর্তে, ক্ষেত্র উপাদানগুলির একটি তালিকা বজায় রাখা হয় যা তাত্ত্বিকভাবে একটি ইচ্ছামত বৃহৎ আয়তনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে পারে এবং শুধুমাত্র সেই উপাদানগুলির জন্য গণনা করা যেতে পারে। প্রতিটি সময় ধাপে, ক্ষেত্রের উপাদানগুলির সংলগ্ন বিন্দুগুলি যোগ করা হয়, যখন একটি নির্দিষ্ট পাওয়ার থ্রেশহোল্ডের নীচের ক্ষেত্র উপাদানগুলি বাদ দেওয়া হয়। কিছু কাঠামোর জন্য, এই গণনাটি ঐতিহ্যবাহী 3D এফডিটিডির চেয়ে দ্রুত মাত্রার কয়েকটি ক্রম হতে পারে। তবে, বিচ্ছুরিত কাঠামোর সাথে মোকাবিলা করার সময় স্পার্স FDTDS ভালো কাজ করে না কারণ এই সময় ক্ষেত্রটি খুব বেশি ছড়িয়ে পড়ে, যার ফলে তালিকাগুলি খুব দীর্ঘ এবং পরিচালনা করা কঠিন। চিত্র 1 একটি পোলারাইজেশন বিম স্প্লিটারের (PBS) অনুরূপ একটি 3D FDTD সিমুলেশনের একটি উদাহরণ স্ক্রিনশট দেখায়।

চিত্র ১: 3D স্পার্স FDTD থেকে সিমুলেশনের ফলাফল। (A) হল সিমুলেটেড কাঠামোর একটি উপরের দৃশ্য, যা একটি দিকনির্দেশক কাপলার। (B) কোয়াসি-টিই উত্তেজনা ব্যবহার করে একটি সিমুলেশনের একটি স্ক্রিনশট দেখায়। উপরের দুটি চিত্র কোয়াসি-টিই এবং কোয়াসি-টিএম সংকেতের শীর্ষ দৃশ্য দেখায় এবং নীচের দুটি চিত্র সংশ্লিষ্ট ক্রস-বিভাগীয় দৃশ্য দেখায়। (C) কোয়াসি-টিএম উত্তেজনা ব্যবহার করে একটি সিমুলেশনের একটি স্ক্রিনশট দেখায়।