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Affrontare le sfide di progettazione dei circuiti integrati fotonici (PIC) con un flusso di lavoro integrato

I circuiti integrati fotonici (PIC) stanno acquisendo rapidamente importanza in un’ampia gamma di settori, tra cui i data center, le comunicazioni, i sistemi di rilevamento e le piattaforme informatiche di nuova generazione. Nella produzione di PIC che si avvale di servizi di foundry, è necessario non solo progettare i singoli componenti, ma anche progettare e valutare le caratteristiche dei circuiti ottici composti da più componenti interconnessi. Inoltre, sono essenziali strumenti di misura in grado di valutare con precisione le prestazioni dei PIC realizzati.

Keysight offre un flusso di progettazione integrato che combina strumenti di misura ottica convenzionali, sorgenti luminose e sistemi di test con strumenti di simulazione e progettazione specifici per i PIC.

Gli strumenti RSoft Photonic Device Tools utilizzano metodi di analisi elettromagnetica e ottica dettagliati, quali FDTD, BPM, FEM e PWE, consentendo una simulazione precisa dei componenti principali dei PIC, tra cui accoppiatori a reticolo, MMI e sfasatori per modulatori. Questi strumenti supportano inoltre l’esportazione in formato GDS per l’invio alla fonderia. Inoltre, esportando i risultati delle simulazioni e i file GDS come file PDK, è possibile eseguire analisi a livello di sistema e di circuito di dispositivi PIC completi, nonché la creazione completa del layout, utilizzando ADS Photonic Designer.

Flusso di progettazione dei circuiti integrati fotonici

Gli strumenti RSoft Photonic Device Tools offrono un ambiente completo di simulazione elettromagnetica e ottica, dotato di CAD, vari solutori, scansione dei parametri e strumenti di ottimizzazione. La piattaforma CAD di base RSoft è comune a tutti gli strumenti passivi, consentendo agli utenti di passare da un solutore all’altro a seconda della precisione richiesta e del tempo di simulazione.
 
I progetti possono essere esportati in formato GDS per l'invio alla fonderia; inoltre, è possibile creare strutture utilizzando file GDS o tramite script con un'API Python.

Strumenti RSoft per la progettazione di dispositivi PIC

  • FullWAVE FDTD
    Strumento di analisi della propagazione nel dominio del tempo con metodo delle differenze finite (accoppiatori a reticolo, risonatori ad anello, ecc.), con supporto per l'accelerazione GPU
  • BeamPROP BPM
    Strumento di analisi della propagazione ad alta velocità basato sul metodo di propagazione del fascio (convertitori di dimensione dello spot, rotatori di polarizzazione)
  • ModePROP EME
    Strumento di analisi della propagazione basato sull'espansione in modi propri (strutture a reticolo)
  • FemSIM FEM
    Solutore di modalità basato sul metodo degli elementi finiti (varie strutture di guide d'onda)
  • BandSOLVE PWE
    Strumento di analisi dei cristalli fotonici basato sul metodo di espansione delle onde piane (guide d'onda/fibre a cristallo fotonico)
  • GratingMOD CMT
    Strumento di progettazione per reticoli in fibra ottica e a guida d'onda basato sulla teoria delle modalità accoppiate
  • LaserMOD
    Strumento di simulazione di laser a semiconduttore 2D (laser Fabry–Perot, DFB, VCSEL)

Utilizzando questi solutori insieme a varie utilità, è possibile analizzare anche dispositivi quali commutatori ottici e modulatori. Inoltre, l’utilità Custom PDK consente di esportare i risultati delle simulazioni RSoft come PDK compatibili con ADS Photonic Designer.


Utilità dei prodotti RSoft

  • Utilità multifisica
    Calcola le variazioni dell'indice di rifrazione causate dagli effetti termo-ottici (TO) ed elettro-ottici (EO), dagli effetti fotoelastici dovuti alle variazioni di temperatura e dagli effetti indotti dai portatori di carica
  • AWG Utility
    Strumento di progettazione di dispositivi AWG che utilizza BeamPROP BPM
  • Ottimizzatore topologico
    Progettazione automatica della struttura dei dispositivi tramite ottimizzazione topologica
    L'analisi della propagazione utilizza FullWAVE FDTD
  • Utilità PDK personalizzata
    Esporta i risultati calcolati con RSoft come PDK personalizzati leggibili da strumenti per circuiti ottici e sistemi quali ADS Photonic Designer

Inoltre, sono disponibili gli strumenti MOST (Multivariable Optimization and Scanning Tools) sono disponibili:

  • MOST Scanner – Scansione dei parametri e generazione di grafici di scansione
  • MOST Cluster – Calcolo parallelo per simulazioni più veloci
  • MOST Optimizer – Ottimizzazione mediante metodi quali gli algoritmi genetici
 
Schermata di RSoft FullWAVE FDTD su un portatile

Strumenti RSoft per dispositivi fotonici e soluzione ADS Photonic Designer

Nello sviluppo di dispositivi PIC che si avvalgono dei servizi di una fonderia, la progettazione viene solitamente eseguita utilizzando i PDK forniti dalla fonderia stessa. Tuttavia, i PDK della fonderia potrebbero rivelarsi insufficienti in casi quali:

  • I componenti necessari non sono inclusi nel PDK della fonderia
  • Le prestazioni devono essere valutate e integrate quando si modificano la lunghezza d'onda di progetto o le condizioni strutturali
  • Nel PDK fornito non sono inclusi dati sulle caratteristiche ottiche per la simulazione

Utilizzando l'utilità Custom PDK di RSoft Photonic Device Tools, tali componenti mancanti possono essere creati come PDK e utilizzati insieme ai PDK dei produttori di chip in strumenti per circuiti e sistemi ottici quali ADS Photonic Designer, consentendo la simulazione completa dei dispositivi PIC e la creazione del layout.

Photonic Designer è uno strumento di simulazione e progettazione di circuiti e sistemi ottici integrato in ADS (Advanced System), una piattaforma di simulazione RF. Consente di:

  • Analisi delle caratteristiche dei circuiti ottici con più componenti collegati
  • Valutazione del diagramma oculare con segnali di modulazione
  • Generazione automatica del layout
  • File GDS di output per l'invio alla fonderia

Caratteristiche principali

  • Progettazione e simulazione basate su schemi
  • Progettazione di dispositivi PIC mediante PDK
  • Funzionalità DRC / LVS
  • Uscita GDS II
ADS Photonic Designer sullo schermo di un portatile

L'utilità Custom PDK esporta i risultati calcolati da RSoft Photonic Device Tools sotto forma di dati della matrice S ottica e di indice di rifrazione equivalente.

I dati della matrice S rappresentano le caratteristiche di ampiezza e fase alla porta di uscita rispetto a ciascuna porta di ingresso, suddivise per lunghezza d'onda e condizioni di polarizzazione, e possono essere utilizzati in strumenti di progettazione come Photonic Designer.

Inoltre, poiché i dati possono includere parametri strutturali e condizioni quali la larghezza dello spazio e il raggio di curvatura, diventa possibile progettare e simulare circuiti ottici complessi composti da più componenti — difficili da calcolare utilizzando esclusivamente strumenti dedicati ai singoli componenti — regolando i parametri all’interno degli strumenti di sistema.

PDK personalizzato RSoft

  • Dati della matrice S ottica (ampiezza, fase, lunghezza d'onda e dipendenza dalla polarizzazione)
  • Indice di rifrazione equivalente (Neff)
  • Parametri strutturali (larghezza della fessura, raggio di curvatura, ecc.)
  • File GDS per il layout

Strumenti RSoft disponibili

 
PDK e fonderie

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