Hoʻolālā o ke kaapuni hoʻohui photonic

Hoʻolālā ophotonickaapuni i hoʻohui ʻia

Nā kaapuni hoʻohui photonicHoʻolālā pinepine ʻia nā ʻano hana like ʻole (PIC) me ke kōkua o nā palapala makemakika ma muli o ke koʻikoʻi o ka lōʻihi o ke ala i nā interferometer a i ʻole nā ​​​​​​noi ʻē aʻe i pili i ka lōʻihi o ke ala.PICHana ʻia ma ke kālai 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 hoʻohālike i ka PIC e hōʻoia i ka pololei o ka hoʻolālā. Ua māhele ʻia ka simulation i nā pae he nui: ʻo ka pae haʻahaʻa loa ka simulation electromagnetic ʻekolu-dimensional (EM), kahi e hana ʻia ai ka simulation ma ka pae sub-wavelength, ʻoiai ua lawelawe ʻia nā pilina ma waena o nā ʻātoma i loko o ka mea ma ka pae macroscopic. ʻO nā ʻano maʻamau e pili ana i ka ʻekolu-dimensional finite-difference Time-domain (3D FDTD) a me ka hoʻonui eigenmode (EME). ʻO kēia mau ʻano ka pololei loa, akā ʻaʻole kūpono no ka manawa simulation 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 e mōhai ana i kekahi pololei a hiki ke lawelawe wale i ka hoʻolaha paraxial a ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia e hoʻohālike i nā resonators, no ka laʻana. ʻO ka pae aʻe, ʻo ia ka hoʻohālike 2D EM, e like me 2D FDTD a me 2D BPM. ʻOi aku ka wikiwiki o kēia mau mea, akā he hana palena ko lākou, e like me ka hiki ʻole iā lākou ke hoʻohālike i nā mea hoʻohuli polarization. ʻO kahi pae ʻē aʻe, ʻo ia ka hoʻohālike matrix hoʻoili a/a i ʻole scattering. Hoʻemi ʻia kēlā me kēia ʻāpana nui i kahi ʻāpana me ka hoʻokomo a me ka hoʻopuka, a hoʻemi ʻia ka waveguide i hoʻopili ʻia i kahi neʻe pae a me ka attenuation element. He wikiwiki loa kēia mau simulations. Loaʻa ka hōʻailona hoʻopuka ma ka hoʻonui ʻana i ka matrix hoʻoili e ka hōʻailona hoʻokomo. Hoʻonui ka matrix scattering (nona nā mea i kapa ʻia ʻo S-parameters) i nā hōʻailona hoʻokomo a me ka hoʻopuka ma kekahi ʻaoʻao e ʻike i nā hōʻailona hoʻokomo a me ka hoʻopuka ma kekahi ʻaoʻao o ka ʻāpana. ʻO ke kumu, aia ka matrix scattering i ka reflection i loko o ka element. ʻOi aku ka nui o ka matrix scattering ma mua o ka matrix hoʻoili ma kēlā me kēia ana. I ka hōʻuluʻulu manaʻo, mai ka 3D EM a i ka hoʻohālike matrix hoʻoili/hoʻopuehu, hōʻike 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 kikoʻī e hoʻomaikaʻi i ke kaʻina hana hōʻoia hoʻolālā.

Eia nō naʻe, ʻo ka hilinaʻi ʻana i ka simulation electromagnetic o kekahi mau mea a me ka hoʻohana ʻana i kahi matrix scattering/transfer e hoʻohālike i ka PIC holoʻokoʻa ʻaʻole ia e hōʻoia i kahi hoʻolālā pololei loa i mua o ka papa kahe. No ka laʻana, ʻo nā lōʻihi ala i helu hewa ʻia, nā waveguides multimode i hiki ʻole ke kāohi pono i nā ʻano kauoha kiʻekiʻe, a i ʻole ʻelua mau waveguides e kokoke loa ana kekahi i kekahi e alakaʻi ana i nā pilikia hoʻopili i manaʻo ʻole ʻia e hele ʻole i ka wā o ka simulation. No laila, ʻoiai nā mea hana simulation holomua e hāʻawi i nā hiki 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 hōʻemi i ka pilikia o ka pepa kahe.

ʻO kahi ʻenehana i kapa ʻia ʻo sparse FDTD e ʻae i nā simulations 3D a me 2D FDTD e hana pololei ʻia ma kahi hoʻolālā PIC piha e hōʻoia i ka hoʻolālā. ʻOiai he paʻakikī no kekahi mea hana simulation electromagnetic e hoʻohālike i kahi PIC nui loa, hiki i ka sparse FDTD ke hoʻohālike i kahi wahi kūloko 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 nui kikoʻī. I ka holomua ʻana o ka manawa, helu ʻia ka ʻāpana kahua hou i loko o ka nui, a pēlā aku. Pono kēlā me kēia ʻanuʻu i ka nui o ka helu ʻana, no laila he lōʻihi ka manawa. Ma ka sparse 3D FDTD, ma kahi o ka helu ʻana ma kēlā me kēia ʻanuʻu ma kēlā me kēia wahi o ka nui, mālama ʻia kahi papa inoa o nā ʻāpana kahua e hiki ke kūlike i kahi nui nui a helu ʻia no kēlā mau ʻāpana wale nō. I kēlā me kēia ʻanuʻu manawa, hoʻohui ʻia nā kiko e pili ana i nā ʻāpana kahua, ʻoiai ua hāʻule nā ​​​​ʻāpana kahua ma lalo o kahi paepae mana. No kekahi mau hale, hiki i kēia helu ʻana ke wikiwiki i kekahi mau kauoha o ka nui ma mua o ka 3D FDTD kuʻuna. Eia nō naʻe, ʻaʻole hana maikaʻi nā FDTDS sparse i ka wā e hana ai me nā ʻano dispersive no ka mea ua pālahalaha nui kēia kahua manawa, e hopena ana i nā papa inoa i lōʻihi loa a paʻakikī hoʻi e hoʻokele. Hōʻike ka Kiʻi 1 i kahi laʻana o kahi hoʻohālike 3D FDTD e like me kahi polarization beam splitter (PBS).

Kiʻi 1: Nā hopena hoʻohālike mai ka 3D sparse FDTD. ʻO (A) kahi hiʻohiʻona luna o ke ʻano e hoʻohālike ʻia nei, ʻo ia hoʻi kahi coupler kuhikuhi. (B) Hōʻike i kahi kiʻi o kahi hoʻohālike e hoʻohana ana i ka hoʻonāukiuki quasi-TE. Hōʻike nā kiʻikuhi ʻelua ma luna i ka hiʻohiʻona luna o nā hōʻailona quasi-TE a me quasi-TM, a hōʻike nā kiʻikuhi ʻelua ma lalo i ka hiʻohiʻona ʻāpana like. (C) Hōʻike i kahi kiʻi o kahi hoʻohālike e hoʻohana ana i ka hoʻonāukiuki quasi-TM.