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Resolución de los retos que plantea el diseño de circuitos integrados fotónicos (PIC) mediante un flujo de trabajo integrado

Los circuitos integrados fotónicos (PIC) están adquiriendo rápidamente importancia en una amplia gama de campos, entre los que se incluyen los centros de datos, las comunicaciones, la tecnología de sensores y las plataformas informáticas de próxima generación. En la fabricación de PIC mediante servicios de fundición, no solo es necesario diseñar componentes individuales, sino también diseñar y evaluar las características de los circuitos ópticos compuestos por múltiples componentes interconectados. Además, resultan esenciales los instrumentos de medición capaces de evaluar con precisión el rendimiento de los PIC fabricados.

Keysight ofrece un flujo de diseño integrado que combina instrumentos de medición óptica convencionales, fuentes de luz y sistemas de prueba con herramientas de simulación y diseño específicas para circuitos integrados fotónicos (PIC).

Las herramientas RSoft Photonic Device Tools emplean métodos detallados de análisis electromagnético-óptico, como FDTD, BPM, FEM y PWE, lo que permite una simulación precisa de los componentes principales de los circuitos integrados fotónicos (PIC), incluidos los acopladores de rejilla, los MMI y los desfasadores para moduladores. Estas herramientas también admiten la exportación en formato de archivo GDS para su envío a la fundición. Además, al exportar los resultados de la simulación y los archivos GDS como archivos PDK, se puede realizar un análisis a nivel de sistema y de circuito de dispositivos PIC completos, así como la creación completa del diseño, utilizando ADS Photonic Designer.

Flujo de diseño de circuitos integrados fotónicos

Las herramientas RSoft Photonic Device Tools ofrecen un entorno completo de simulación electromagnética y óptica, equipado con CAD, diversos solucionadores, escaneo de parámetros y herramientas de optimización. La plataforma CAD básica de RSoft es común a todas las herramientas pasivas, lo que permite a los usuarios cambiar de solucionador en función de la precisión requerida y del tiempo de simulación.
 
Los diseños se pueden exportar en formato de archivo GDS para su envío a la fundición, y las estructuras también se pueden crear a partir de archivos GDS o mediante scripts a través de una API de Python.

Herramientas de RSoft para el diseño de dispositivos PIC

  • FullWAVE FDTD
    Herramienta de análisis de propagación en el dominio del tiempo por diferencias finitas (acopladores de rejilla, resonadores en anillo, etc.), compatible con aceleración por GPU
  • BeamPROP BPM
    Herramienta de análisis de propagación de alta velocidad basada en el método de propagación del haz (convertidores de tamaño de punto, rotadores de polarización)
  • ModePROP EME
    Herramienta de análisis de propagación basada en la expansión de modos propios (estructuras de rejilla)
  • FemSIM FEM
    Solucionador de modos basado en el método de elementos finitos (diversas estructuras de guías de onda)
  • BandSOLVE PWE
    Herramienta de análisis de cristales fotónicos basada en el método de expansión de ondas planas (guías de onda y fibras de cristal fotónico)
  • GratingMOD CMT
    Herramienta de diseño para rejillas de fibra y de guía de onda basada en la teoría de modos acoplados
  • LaserMOD
    Herramienta de simulación de láseres semiconductores 2D (láseres Fabry–Perot, DFB y VCSEL)

Al utilizar estos solucionadores junto con diversas utilidades, también es posible analizar dispositivos como conmutadores ópticos y moduladores. Además, la utilidad «Custom PDK Utility» permite exportar los resultados de la simulación de RSoft como PDK compatibles con ADS Photonic Designer.


Utilidades de los productos de RSoft

  • Herramienta multifísica
    Calcula los cambios en el índice de refracción provocados por los efectos termoópticos (TO) y electroópticos (EO), los efectos fotoelásticos debidos a la variación de temperatura y los efectos inducidos por portadores.
  • AWG Utility
    Herramienta de diseño de dispositivos AWG que utiliza BeamPROP BPM
  • Topology Optimizer
    Diseño automático de la estructura de dispositivos mediante optimización topológica
    El análisis de propagación utiliza FullWAVE FDTD
  • Utilidad de PDK personalizados
    Exporta los resultados calculados con RSoft como PDK personalizados que pueden leerse con herramientas de circuitos ópticos y sistemas, como ADS Photonic Designer

Además, MOST (Herramientas de optimización y análisis multivariable) están disponibles:

  • MOST Scanner: análisis de parámetros y generación de gráficos de análisis
  • Clúster MOST: cálculo paralelo para una simulación más rápida
  • MOST Optimizer: optimización mediante métodos como los algoritmos genéticos
 
Pantalla de RSoft FullWAVE FDTD en un ordenador portátil

Herramientas para dispositivos fotónicos de RSoft y solución ADS Photonic Designer

En el desarrollo de dispositivos PIC mediante servicios de fundición, el diseño se suele realizar utilizando los PDK que proporciona la fundición. Sin embargo, los PDK de la fundición por sí solos pueden resultar insuficientes en casos como:

  • Los componentes necesarios no están incluidos en el PDK de la fundición.
  • Es necesario evaluar e incorporar el rendimiento cuando se modifican la longitud de onda de diseño o las condiciones estructurales.
  • El PDK facilitado no incluye datos sobre las características ópticas para la simulación.

Mediante la utilidad «Custom PDK» de RSoft Photonic Device Tools, estos componentes que faltan pueden crearse como PDK y utilizarse junto con los PDK de los fabricantes en herramientas de circuitos y sistemas ópticos, como ADS Photonic Designer, lo que permite la simulación completa de dispositivos PIC y la creación de diseños.

Photonic Designer es una herramienta de simulación y diseño de circuitos y sistemas ópticos integrada en ADS (Advanced System), una plataforma de simulación de RF. Permite:

  • Análisis de las características de circuitos ópticos con múltiples componentes conectados
  • Evaluación del diagrama de ojo con señales de modulación
  • Generación automática de maquetación
  • Generación de un archivo GDS para su envío a la fundición

Características principales

  • Diseño y simulación basados en esquemas
  • Diseño de dispositivos PIC mediante PDK
  • Funcionalidad DRC / LVS
  • Salida del GDS II
ADS Photonic Designer en la pantalla de un ordenador portátil

La utilidad Custom PDK exporta los resultados calculados por RSoft Photonic Device Tools en forma de datos de la matriz S óptica y datos del índice de refracción equivalente.

Los datos de la matriz S representan las características de amplitud y fase en el puerto de salida con respecto a cada puerto de entrada, desglosadas por longitud de onda y condiciones de polarización, y pueden utilizarse en herramientas del sistema como Photonic Designer.

Además, dado que los datos pueden incluir parámetros y condiciones estructurales, como la anchura del espacio y el radio de curvatura, resulta posible diseñar y simular circuitos ópticos complejos compuestos por múltiples componentes —cuyo cálculo resulta difícil si se utilizan únicamente herramientas específicas para cada componente— mediante el ajuste de los parámetros en las herramientas del sistema.

PDK personalizado de RSoft

  • Datos de la matriz S óptica (amplitud, fase, longitud de onda y dependencia de la polarización)
  • Índice de refracción equivalente (Neff)
  • Parámetros estructurales (anchura del hueco, radio de curvatura, etc.)
  • Archivos GDS para el diseño

Herramientas de RSoft disponibles

 
PDK y fundiciones

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