Hoʻolālā o ka pōʻai hoʻohui photonic

Hoʻolālā opaʻi kiʻikaapuni hui

Nā pōʻai hoʻohui kiʻi kiʻiHoʻolālā pinepine ʻia (PIC) me ke kōkua o nā palapala makemakika ma muli o ke koʻikoʻi o ka lōʻihi o ke ala i nā interferometers a i ʻole nā ​​noi ʻē aʻe e pili ana i ka lōʻihi o ke ala.PIChana ʻia ma ka pattering ʻana i nā papa he nui (maʻamau 10 a 30) ma kahi wafer, i haku ʻia me nā ʻano polygonal he nui, i hōʻike pinepine ʻia ma ke ʻano GDSII. Ma mua o ka hoʻouna ʻana i ka faila i ka mea hana photomask, makemake nui ʻia e hiki ke hoʻohālikelike i ka PIC e hōʻoia i ka pololei o ka hoʻolālā. Hoʻokaʻawale ʻia ka hoʻohālikelike i nā pae he nui: ʻo ka haʻahaʻa haʻahaʻa ʻo ka simulation electromagnetic (EM) ʻekolu-dimensional, kahi e hana ʻia ai ka hoʻohālikelike ma ka pae hawewe haʻahaʻa, ʻoiai ua mālama ʻia nā pilina ma waena o nā atoms i loko o ka mea ma ka pālākiō macroscopic. Loaʻa nā ʻano hana maʻamau ʻekolu-dimensional finite-difference Time-domain (3D FDTD) a me eigenmode expansion (EME). ʻO kēia mauʻano ka pololei loa, akā,ʻaʻole kūpono no ka manawa hoʻohālike PIC holoʻokoʻa. ʻO ka pae aʻe he 2.5-dimensional EM simulation, e like me ka hoʻolaha ʻana o ka beam finite-difference (FD-BPM). ʻOi aku ka wikiwiki o kēia mau ʻano, akā hāʻawi i ka pololei a hiki ke mālama i ka hoʻolaha paraxial a ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia e hoʻohālikelike i nā resonator, no ka laʻana. ʻO ka pae aʻe ʻo 2D EM simulation, e like me 2D FDTD a me 2D BPM. ʻOi aku ka wikiwiki o kēia, akā he liʻiliʻi ka hana, e like me ka hiki ʻole ke hoʻohālikelike i nā rotators polarization. ʻO kahi pae ʻē aʻe ka hoʻoili ʻana a/a i ʻole ka hoʻopuehu ʻana i ka matrix simulation. Hoʻemi ʻia kēlā me kēia ʻāpana nui i kahi ʻāpana me ka hoʻokomo a me ka hoʻopuka ʻana, a ua hoʻemi ʻia ke alakaʻi nalu i hoʻopili ʻia i kahi hoʻololi ʻana a me ka mea attenuation. He wikiwiki loa kēia mau hoʻohālikelike. Loaʻa ka hōʻailona puka ma ka hoʻonui ʻana i ka matrix hoʻouna me ka hōʻailona hoʻokomo. Hoʻonui ka matrix scattering (nona mau mea i kapa ʻia ʻo S-parameters) i nā hōʻailona hoʻokomo a me nā hōʻailona hoʻopuka ma kekahi ʻaoʻao e ʻike i nā hōʻailona hoʻokomo a me nā hōʻailona ma kēlā ʻaoʻao o ka mea. ʻO ka maʻamau, aia i loko o ka matrix scattering ka noʻonoʻo i loko o ka mea. ʻO ka matrix hoʻopuehu maʻa mau ʻelua ʻoi aku ka nui o ka matrix hoʻouna i kēlā me kēia ana. I ka hōʻuluʻuluʻana, mai 3D EM a hiki i ka hoʻoili / hoʻopuehu matrix simulation, e hōʻike ana kēlā me kēia papa o ka simulation i kahi kālepa ma waena o ka wikiwiki a me ka pololei, a koho nā mea hoʻolālā i ka pae kūpono o ka simulation no kā lākou mau pono kiko'ī e hoʻonui i ke kaʻina hana hōʻoia.

Eia naʻe, ʻo ka hilinaʻi ʻana i ka simulation electromagnetic o kekahi mau mea a me ka hoʻohana ʻana i ka matrix scattering/transfer e hoʻohālikelike i ka PIC holoʻokoʻa ʻaʻole ia e hōʻoiaʻiʻo i kahi hoʻolālā pololei loa i mua o ka pā kahe. No ka laʻana, kuhi hewa ʻole ka lōʻihi o ke ala, nā alakaʻi nalu multimode i hiki ʻole ke hoʻopau pono i nā ʻano hana kiʻekiʻe, a i ʻole ʻelua alakaʻi nalu e pili kokoke ana kekahi i kekahi e alakaʻi ana i nā pilikia hoʻohui i manaʻo ʻole ʻia i ka wā hoʻohālike. No laila, ʻoiai nā mea hana simulation kiʻekiʻe e hāʻawi i nā mana hōʻoia hoʻolālā ikaika, pono nō ia i kahi kiʻekiʻe o ka makaʻala a me ka nānā pono ʻana e ka mea hoʻolālā, i hui pū ʻia me ka ʻike kūpono a me ka ʻike loea, e hōʻoia i ka pololei a me ka hilinaʻi o ka hoʻolālā a hoʻemi i ka pilikia o ka pepa kahe.

ʻO kahi ʻenehana i kapa ʻia ʻo sparse FDTD hiki ke hana pololei ʻia nā simulation 3D a me 2D FDTD ma kahi hoʻolālā PIC piha e hōʻoia i ka hoʻolālā. ʻOiai he mea paʻakikī no kekahi mea hana hoʻohālike electromagnetic e hoʻohālikelike i kahi PIC nui loa, hiki i ka FDTD liʻiliʻi ke hoʻohālikelike i kahi wahi ākea nui. Ma ka 3D FDTD kuʻuna, hoʻomaka ka simulation ma ka hoʻomaka ʻana i nā ʻāpana ʻeono o ke kahua electromagnetic i loko o kahi kikoʻī kikoʻī. Ke holo nei ka manawa, helu ʻia ka ʻāpana kahua hou i ka leo, a pēlā aku. Pono kēlā me kēia ʻanuʻu i ka helu nui, no laila e lōʻihi ka manawa. Ma ka 3D FDTD liʻiliʻi, ma kahi o ka helu ʻana i kēlā me kēia ʻanuʻu i kēlā me kēia kiko o ka leo, mālama ʻia kahi papa inoa o nā ʻāpana kahua i hiki ke hoʻohālikelike i ka leo nui a i ʻole e helu ʻia no kēlā mau ʻāpana. I kēlā me kēia kaʻina manawa, hoʻohui ʻia nā kiko e pili ana i nā ʻāpana kahua, ʻoiai e hāʻule ana nā ʻāpana kahua ma lalo o kekahi paepae mana. No kekahi mau hale, ʻoi aku ka wikiwiki o kēia helu helu ma mua o 3D FDTD kahiko. Eia naʻe, ʻaʻole hana maikaʻi ka FDTDS liʻiliʻi i ka wā e pili ana i nā hale hoʻopuehu no ka mea ua pālahalaha nui kēia kahua manawa, e hopena i nā papa inoa lōʻihi a paʻakikī ke mālama. Hōʻike ka Figure 1 i kahi hiʻohiʻona kiʻi kiʻi o kahi hoʻohālike 3D FDTD e like me ka polarization beam splitter (PBS).

Kiʻi 1: Nā hopena hoʻohālikelike mai 3D sparse FDTD. (A) he hiʻohiʻona kiʻekiʻe o ka hale i hoʻohālikelike ʻia, ʻo ia ka mea hoʻohui kuhikuhi. (B) Hōʻike i kahi kiʻi paʻi kiʻi o kahi hoʻohālikelike me ka hoʻoulu ʻana quasi-TE. Hōʻike nā kiʻi ʻelua ma luna i ka ʻike kiʻekiʻe o nā hōʻailona quasi-TE a me quasi-TM, a ʻo nā kiʻi ʻelua ma lalo e hōʻike ana i ka ʻike cross-sectional pili. (C) Hōʻike i kahi kiʻi paʻi kiʻi o kahi hoʻohālikelike me ka hoʻoulu ʻana quasi-TM.