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透過整合式工作流程解決光子積體電路 (PIC) 設計挑戰

光子積體電路 (PIC) 正迅速在資料中心、通訊、感測和下一代運算平台等廣泛領域中日益重要。在使用晶圓代工服務的 PIC 製造中，不僅需要設計單個元件，還需要設計和評估由多個互連元件組成的光學電路特性。此外，能夠準確評估製造出的 PIC 效能的量測儀器也至關重要。

Keysight 提供整合式設計流程，結合了傳統光學量測儀器、光源和測試系統，以及專為 PIC 設計的模擬和設計工具。

RSoft Photonic Device Tools 採用 FDTD、BPM、FEM 和 PWE 等詳細的電磁光學分析方法，能夠精確模擬包括光柵耦合器、MMI 和調變器移相器等核心 PIC 元件。這些工具也支援以 GDS 檔案格式輸出，以便進行晶圓代工提交。此外，透過將模擬結果和 GDS 檔案匯出為 PDK 檔案，即可使用 ADS Photonic Designer 對完整的 PIC 元件進行系統和電路級分析，以及完整的佈局建立。

光子積體電路設計流程

RSoft Photonic Device Tools 提供一個全面的電磁光學模擬環境，配備了 CAD、各種求解器、參數掃描和最佳化工具。RSoft CAD 基礎平台適用於所有被動元件工具，讓使用者可以根據所需的準確度和模擬時間在求解器之間切換。
 
設計可以 GDS 檔案格式匯出以進行晶圓代工提交，並且也可以使用 GDS 檔案或透過 Python API 編寫腳本來建立結構。

適用於 PIC 元件設計的 RSoft 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
    基於本徵模式展開的傳播分析工具（光柵結構）
  • FemSIM FEM
    基於有限元素法的模式求解器（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
    基於耦合模式理論的光纖和波導光柵設計工具
  • LaserMOD
    二維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公用程式結合使用，還可以分析光開關和調變器等裝置。此外，Custom PDK Utility 可將 RSoft 模擬結果匯出為與 ADS Photonic Designer 相容的 PDK。


RSoft 產品公用程式

  • Multi-Physics Utility
    計算熱光 (TO) 和電光 (EO) 效應、溫度變化引起的光彈效應以及載子感應效應所導致的折射率變化
  • AWG Utility
    使用 BeamPROP BPM 的 AWG 裝置設計工具
  • Topology Optimizer
    使用拓撲最佳化的自動裝置結構設計
    傳播分析使用 FullWAVE FDTD
  • Custom PDK Utility
    將使用 RSoft 計算的結果匯出為可由光學電路和系統工具（例如 ADS Photonic Designer）讀取的自訂 PDK

此外，MOST (Multivariable Optimization and Scanning Tools) 可用：

  • MOST Scanner – 參數掃描和掃描圖產生
  • MOST Cluster – 平行運算以加快模擬速度
  • MOST Optimizer – 使用基因演算法等方法進行最佳化
 
RSoft FullWAVE FDTD 筆記型電腦螢幕

RSoft 光子元件工具與 ADS Photonic Designer 解決方案

在使用晶圓代工服務進行 PIC 元件開發時，設計通常會使用晶圓代工廠提供的 PDK。然而，在以下情況下，僅憑晶圓代工廠的 PDK 可能會不足：

  • 所需的元件未包含在晶圓代工廠的 PDK 中
  • 當設計波長或結構條件改變時，需要評估並納入性能
  • 所提供的 PDK 中未包含用於模擬的光學特性資料

透過 RSoft 光子元件工具 中的 自訂 PDK 公用程式，可以將這些缺失的元件建立為 PDK，並與晶圓代工廠的 PDK 一起用於光學電路和系統工具，例如 ADS Photonic Designer，從而實現完整的 PIC 元件模擬和佈局建立。

Photonic Designer 是一款整合到 ADS（Advanced Design System，先進設計系統）射頻模擬平台中的光學電路和系統模擬/佈局工具。它可實現：

  • 具有多個連接元件的光學電路特性分析
  • 使用調變訊號進行眼圖評估
  • 自動佈局生成
  • 用於晶圓代工廠提交的 GDS 檔案輸出

主要特色

  • 原理圖驅動的設計和模擬
  • 使用 PDK 進行 PIC 元件設計
  • DRC / LVS 功能
  • GDS II 輸出
筆記型電腦螢幕上的 ADS Photonic Designer

自訂 PDK 公用程式會將 RSoft 光子元件工具 計算的結果匯出為光學 S 矩陣資料和等效折射率資料。

S 矩陣資料表示輸出埠相對於每個輸入埠的振幅和相位特性，並按波長和偏振條件細分，可用於 Photonic Designer 等系統工具中。

此外，由於資料可以包含間隙寬度、彎曲半徑等結構參數和條件，因此可以透過在系統工具中調整參數，設計和模擬由多個元件組成的複雜光學電路，而這些電路僅使用元件工具難以計算。

RSoft 自訂 PDK

  • 光學 S 矩陣資料（振幅、相位、波長和偏振依賴性）
  • 等效折射率 (Neff)
  • 結構參數（間隙寬度、彎曲半徑等）
  • 用於佈局的 GDS 檔案

可用的 RSoft 工具

 
PDK 與晶圓代工廠

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