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Lösung von Design-Herausforderungen bei photonischen ICs (PICs) mit einem integrierten Workflow

Photonische integrierte Schaltungen (PICs) gewinnen rapide an Bedeutung in einer Vielzahl von Bereichen, darunter Rechenzentren, Kommunikation, Sensorik und Computerplattformen der nächsten Generation. Bei der PIC-Fertigung mittels Foundry-Diensten ist es nicht nur erforderlich, einzelne Komponenten zu entwerfen, sondern auch die Eigenschaften optischer Schaltungen zu designen und zu bewerten, die aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten bestehen. Darüber hinaus sind Messinstrumente unerlässlich, die in der Lage sind, die Leistung gefertigter PICs präzise zu bewerten.

Keysight bietet einen integrierten Design-Flow, der herkömmliche optische Messinstrumente, Lichtquellen und Testsysteme mit Simulations- und Design-Tools speziell für PICs kombiniert.

RSoft Photonic Device Tools nutzen detaillierte elektromagnetisch-optische Analysemethoden wie FDTD, BPM, FEM und PWE, was eine präzise Simulation von zentralen PIC-Komponenten wie Gitterkopplern, MMIs und Phasenschiebern für Modulatoren ermöglicht. Diese Tools unterstützen auch die Ausgabe im GDS-Dateiformat für die Foundry-Einreichung. Darüber hinaus können durch den Export von Simulationsergebnissen und GDS-Dateien als PDK-Dateien System- und Schaltungsebene-Analysen kompletter PIC-Bauelemente sowie die vollständige Layout-Erstellung mit ADS Photonic Designer durchgeführt werden.

Design-Flow für photonische ICs

RSoft Photonic Device Tools bieten eine umfassende elektromagnetisch-optische Simulationsumgebung, ausgestattet mit CAD, verschiedenen Solvern, Parameterscans und Optimierungstools. Die RSoft CAD-Basisplattform ist allen passiven Tools gemeinsam und ermöglicht es Benutzern, je nach erforderlicher Genauigkeit und Simulationszeit zwischen den Solvern zu wechseln.
 
Designs können im GDS-Dateiformat für die Foundry-Einreichung exportiert werden, und Strukturen können auch mithilfe von GDS-Dateien erstellt oder über eine Python-API gescriptet werden.

RSoft Tools für das Design von PIC-Bauelementen

  • FullWAVE FDTD
    Ausbreitungsanalyse-Tool nach der Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode (Gitterkoppler, Ringresonatoren usw.), GPU-Beschleunigung unterstützt
  • BeamPROP BPM
    Hochgeschwindigkeits-Ausbreitungsanalyse-Tool basierend auf der Strahlpropagationsmethode (Spot-Size-Konverter, Polarisationsrotatoren)
  • ModePROP EME
    Ausbreitungsanalyse-Tool basierend auf der Eigenmodenentwicklung (Gitterstrukturen)
  • FemSIM FEM
    Modenlöser basierend auf der Finite-Elemente-Methode (verschiedene Wellenleiterstrukturen)
  • BandSOLVE PWE
    Analysewerkzeug für photonische Kristalle, basierend auf der Planwellenentwicklungsmethode (photonische Kristallwellenleiter/-fasern)
  • GratingMOD CMT
    Entwicklungswerkzeug für Faser- und Wellenleitergitter, basierend auf der Theorie gekoppelter Moden
  • LaserMOD
    2D-Simulationswerkzeug für Halbleiterlaser (Fabry-Pérot-, DFB-, VCSEL-Laser)

Durch die gemeinsame Nutzung dieser Solver mit verschiedenen Dienstprogrammen können auch Geräte wie optische Schalter und Modulatoren analysiert werden. Darüber hinaus ermöglicht das Custom PDK Utility, RSoft-Simulationsergebnisse als mit ADS Photonic Designer kompatible PDKs zu exportieren.


RSoft Produktdienstprogramme

  • Multi-Physik-Dienstprogramm
    Berechnet Änderungen des Brechungsindex, die durch thermooptische (TO) und elektrooptische (EO) Effekte, photoelastische Effekte aufgrund von Temperaturschwankungen und trägerinduzierte Effekte verursacht werden.
  • AWG-Dienstprogramm
    Tool für das AWG-Bauelementdesign unter Verwendung von BeamPROP BPM
  • Topologie-Optimierer
    Automatisches Bauelementstrukturdesign mittels Topologieoptimierung
    Die Ausbreitungsanalyse verwendet FullWAVE FDTD
  • Benutzerdefiniertes PDK-Dienstprogramm
    Exportiert mit RSoft berechnete Ergebnisse als benutzerdefinierte PDKs, die von optischen Schaltungs- und Systemtools wie ADS Photonic Designer gelesen werden können.

Zusätzlich sind MOST (Multivariable Optimierungs- und Scanning-Tools) verfügbar:

  • MOST Scanner – Parameterscanning und Erstellung von Scan-Plots
  • MOST Cluster – Parallele Berechnung für schnellere Simulationen
  • MOST Optimizer – Optimierung mittels Methoden wie genetischen Algorithmen
 
RSoft FullWAVE FDTD Bildschirm auf Laptop

RSoft Photonic Device Tools & ADS Photonic Designer Lösung

Bei der Entwicklung von PIC-Bauelementen unter Nutzung von Foundry-Diensten erfolgt das Design typischerweise unter Verwendung von PDKs, die von der Foundry bereitgestellt werden. Allein die Foundry-PDKs können jedoch in Fällen wie den folgenden unzureichend sein:

  • Erforderliche Komponenten sind nicht im Foundry-PDK enthalten
  • Die Leistung muss bewertet und berücksichtigt werden, wenn die Entwurfswellenlänge oder strukturelle Bedingungen geändert werden
  • Keine optischen Charakteristikdaten für die Simulation sind im bereitgestellten PDK enthalten

Mit dem Custom PDK Utility in den RSoft Photonic Device Tools können solche fehlenden Komponenten als PDKs erstellt und zusammen mit Foundry-PDKs in optischen Schaltungs- und Systemwerkzeugen wie ADS Photonic Designer verwendet werden, was eine vollständige PIC-Bauelementsimulation und Layout-Erstellung ermöglicht.

Photonic Designer ist ein Simulations-/Layout-Tool für optische Schaltungen und Systeme, das in ADS (Advanced Design System), einer HF-Simulationsplattform, integriert ist. Es ermöglicht:

  • Analyse der Eigenschaften optischer Schaltungen mit mehreren verbundenen Komponenten
  • Augendiagramm-Auswertung mit Modulationssignalen
  • Automatische Layout-Generierung
  • GDS-Dateiausgabe für die Foundry-Einreichung

Wesentliche Merkmale

  • Schaltplanbasiertes Design und Simulation
  • PIC-Bauelementdesign unter Verwendung von PDKs
  • DRC-/LVS-Funktionalität
  • GDS II-Ausgabe
ADS Photonic Designer auf Laptop-Bildschirm

Das Custom PDK Utility exportiert Ergebnisse, die von RSoft Photonic Device Tools berechnet wurden, als optische S-Matrix-Daten und äquivalente Brechungsindexdaten.

S-Matrix-Daten repräsentieren die Amplituden- und Phasencharakteristiken am Ausgangsport relativ zu jedem Eingangsport, aufgeschlüsselt nach Wellenlängen- und Polarisationsbedingungen, und können in Systemtools wie dem Photonic Designer verwendet werden.

Da die Daten zudem Strukturparameter und -bedingungen wie Spaltbreite und Biegeradius enthalten können, wird es möglich, komplexe optische Schaltungen, die aus mehreren Komponenten bestehen – welche mit Komponenten-Tools allein schwer zu berechnen sind –, durch Anpassen von Parametern innerhalb von Systemtools zu entwerfen und zu simulieren.

RSoft Custom PDK

  • Optische S-Matrix-Daten (Amplituden-, Phasen-, Wellenlängen- und Polarisationsabhängigkeit)
  • Äquivalenter Brechungsindex (Neff)
  • Strukturparameter (Spaltbreite, Biegeradius usw.)
  • GDS-Dateien für das Layout

Verfügbare RSoft-Tools

 
PDK und Foundries

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