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透過整合式工作流程解決光子積體電路（PIC）的設計挑戰

光子積體電路（PIC）在諸多領域的重要性正迅速提升，包括資料中心、通訊、感測以及次世代運算平台。在採用代工服務製造 PIC 的過程中，不僅需要設計單一元件，還必須設計並評估由多個相互連接元件所組成之光學電路的特性。此外，具備精準評估已製成 PIC 性能能力的量測儀器亦不可或缺。

是德科技提供了一套整合式設計流程，將傳統的光學量測儀器、光源及測試系統，與專為光子集成電路（PIC）設計的模擬與設計工具相結合。

RSoft 光子元件工具採用詳細的電磁光學分析方法，例如 FDTD、BPM、FEM 及 PWE，可對調變器中的核心 PIC 元件（包括光柵耦合器、MMIs 及相位移器）進行精確模擬。這些工具亦支援以 GDS 檔案格式輸出，以便提交給晶圓代工廠。 此外，透過將模擬結果和 GDS 檔案匯出為 PDK 檔案，即可利用 ADS Photonic Designer 對完整的 PIC 元件進行系統級與電路級分析，並完成整體佈局設計。

光子積體電路設計流程

RSoft 光子元件工具提供了一個全面的電磁光學模擬環境，配備 CAD、各種求解器、參數掃描及優化工具。所有被動元件工具均採用相同的 RSoft CAD 基礎平台，讓使用者能根據所需的精度與模擬時間，在不同求解器之間切換。
 
設計可匯出為 GDS 檔案格式，以便提交給鑄造廠；此外，亦可透過 GDS 檔案建立結構，或利用 Python API 透過腳本進行建立。

RSoft 用於 PIC 裝置設計的工具

  • FullWAVE FDTD
    有限差分時域傳播分析工具（光柵耦合器、環形諧振器等），支援 GPU 加速
  • BeamPROP BPM
    基於光束傳播法的高速傳播分析工具（光斑尺寸轉換器、偏振旋轉器）
  • ModePROP EME
    基於本徵模展開的傳播分析工具（光柵結構）
  • FemSIM 有限元素法
    基於有限元素法的模態求解器（適用於各種波導結構）
  • BandSOLVE PWE
    基於平面波展開法的光子晶體分析工具（光子晶體波導／光纖）
  • GratingMOD CMT
    基於耦合模理論的光纖與波導光柵設計工具
  • LaserMOD
    2D 半導體雷射模擬工具（法布里-珀羅、DFB、VCSEL 雷射）

透過將這些求解器與各種輔助工具結合使用，亦可對光開關和調製器等裝置進行分析。此外，「自訂 PDK 輔助工具」可將 RSoft 的模擬結果匯出為與 ADS Photonic Designer 相容的 PDK 檔案。


RSoft 產品實用工具

  • 多物理場工具
    用於計算由熱光效應（TO）和電光效應（EO）所引起的折射率變化、因溫度變化而產生的光彈性效應，以及載流子誘導效應
  • AWG Utility
    採用 BeamPROP BPM 的 AWG 裝置設計工具
  • 拓撲優化器
    利用拓撲優化進行自動裝置結構設計
    傳播分析採用 FullWAVE FDTD
  • 自訂 PDK 輔助程式
    將使用 RSoft 計算出的結果匯出為自訂 PDK 檔案，此類檔案可被 ADS Photonic Designer 等光學電路與系統工具讀取

此外， MOST（多變數最佳化與掃描工具） 亦已提供：

  • MOST 掃描器 – 參數掃描與掃描圖生成
  • MOST 叢集——透過平行運算加速模擬
  • MOST Optimizer – 運用遺傳演算法等方法進行優化
 
筆記型電腦上的 RSoft FullWAVE FDTD 畫面

RSoft 光子元件工具與 ADS 光子設計器解決方案

在使用代工廠服務開發 PIC 裝置時，設計通常會採用代工廠提供的 PDK 進行。然而，在以下情況下，僅靠代工廠的 PDK 可能不足以應對：

  • 鑄造 PDK 中未包含必要的元件
  • 當設計波長或結構條件發生變更時，必須評估並納入性能考量
  • 所提供的 PDK 中未包含用於模擬的光學特性資料

透過RSoft Photonic Device Tools 中的「自訂 PDK 公用程式」，可將此類缺失的元件建立為 PDK，並與代工廠 PDK 一併應用於ADS Photonic Designer 等光學電路與系統工具中，從而實現完整的 PIC 元件模擬與佈局設計。

Photonic Designer 是一款整合於 RF 模擬平台 ADS（Advanced Design System）中的光學電路與系統模擬／佈局工具。它能實現：

  • 包含多個相連元件的光學電路特性分析
  • 利用調變訊號進行眼圖評估
  • 自動佈局生成
  • 用於鑄造廠提交的 GDS 檔案輸出

主要特色

  • 基於原理圖的設計與模擬
  • 使用 PDK 進行 PIC 裝置設計
  • DRC / LVS 功能
  • GDS II 輸出
筆記型電腦螢幕上的 ADS Photonic Designer

「Custom PDK Utility」可將RSoft Photonic Device Tools計算出的結果匯出為光學 S 矩陣資料及等效折射率資料。

S-矩陣資料代表輸出端口相對於各輸入端口的振幅與相位特性，並按波長及偏振條件進行分類，可用於《Photonic Designer》等系統工具中。

此外，由於資料可包含間隙寬度與彎曲半徑等結構參數與條件，因此透過在系統工具中調整參數，便能設計與模擬由多個元件組成的複雜光學電路——這類電路若僅使用元件工具，則難以進行計算。

RSoft 自訂 PDK

  • 光學 S 矩陣資料（振幅、相位、波長及偏振依賴性）
  • 等效折射率 (Neff)
  • 結構參數（間隙寬度、彎曲半徑等）
  • 用於版面的 GDS 檔案

可用的 RSoft 工具

 
PDK 與晶圓代工廠

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