Inženýrské výzvy v oboru photonic integrated circuits (PIC)
Fotonické integrované obvody jsou jednou z nejrychleji rostoucích oblastí inženýrství — integrace optických funkcí na křemíkovém čipu nebo jiném fotonickém materiálu otevírá cestu k transceiverům 400G/800G, senzorům LiDAR nové generace, fotonickým výpočtům a kvantové komunikaci. Návrh PIC je však zásadně obtížnější než návrh elektronických obvodů.
Každá komponenta — vazební člen, dělič, modulátor, rezonanční prstenec — musí být přesně simulována, než se dostane do výrobního závodu (foundry). Chyba v geometrii o 10 nanometrů může změnit charakteristiku optického filtru o více než deset decibelů. Vyleptání vadného waferu v profesionálním FAB stojí desítky tisíc dolarů a týdny času. Simulace je jediným způsobem, jak toto riziko omezit.
Další výzvou je integrace s elektronikou — budiče laserů, zesilovače TIA a přijímací obvody musí být společně navrhovány s optickou trasou. Tradiční nástroje EDA nepodporují optickou doménu a klasické fotonické nástroje neznají elektroniku. iSymulacje poskytuje oba typy nástrojů — a ví, jak je spolu propojit.
Jak náš software podporuje návrh?
| Produkt | Role v této oblasti |
|---|---|
 | FDTD + modový solver akcelerovaný GPU — generování kompaktních modelů komponent pro PDK |
 | Simulace optoelektronických obvodů na tranzistorové úrovni — budiče laserů, TIA, PD |
 | Simulace FDTD 2D/3D — strukturální analýza fotonických komponent, fotonické krystaly |
 | BPM pro dlouhé vlnovodné systémy — dělitele, vazební členy, EO modulátory |
 | Modová analýza — optimalizace rozměrů vlnovodu, výpočet efektivních indexů |
 | Simulace přenosového systému — ověření PIC v kontextu optické trasy |
Příklad použití: kompaktní model Y vazebního členu pro PDK
Návrhové předpoklady
Tým vyvíjející transceiver 400G v technologii křemíkové fotoniky potřebuje kompaktní modely komponent odpovídající PDK (Process Design Kit) zvoleného výrobního závodu (FAB), umožňující návrh a ověření integrovaných fotonických obvodů.
Simulace Y vazebního členu
V programu OptiOmega byly provedeny parametrické simulace FDTD řízené z prostředí Python. Iterativně byla optimalizována geometrie Y vazebního členu, se změnami mimo jiné úhlu větvení, délky a šířky vlnovodů. Využití akcelerace GPU zkrátilo dobu výpočtu z několika dnů na několik hodin.
Generování kompaktního modelu
Na základě výsledků simulace byly určeny rozptylové parametry (S-parametry), které byly uloženy ve formě kompaktního modelu odpovídajícího PDK a připraveného k použití v prostředí OptiSPICE.
Analýza fotonického systému
Model byl použit k simulaci celého fotonického obvodu v programu OptiSPICE, s analýzou přenosových charakteristik, vlivu šumu a spolupráce vazebního členu s ostatními prvky trasy, jako je budič laseru a transimpedanční zesilovač (TIA).
Ověřený návrh
Kompletní návrhový postup, od geometrie komponenty po simulaci obvodu na úrovni systému, umožnil ověřit návrh před provedením nákladného prototypu ve výrobním procesu FAB, čímž se výrazně zkrátila doba vývoje a omezily náklady na vývoj.
Nejčastější dotazy
Simulace a návrh fotonických integrovaných obvodů (PIC)
Je OptiOmega kompatibilní s PDK výrobních závodů FAB (např. IMEC, GlobalFoundries)?
OptiOmega generuje kompaktní modely ve formátu S-parametrů, které jsou kompatibilní se standardními prostředími na úrovni obvodu. Přímá integrace s konkrétními PDK závisí na dostupnosti PDK kitů od FAB — kontaktujte nás k projednání podrobností vašeho projektu.
Čím se přístup Optiwave k PIC liší od Lumerical (Ansys)?
Optiwave nabízí integrovaný ekosystém nástrojů od úrovně komponenty (OptiFDTD, OptiOmega) přes obvod (OptiSPICE) až po systém (OptiSystem). Klíčovou výhodou je Python-first API v OptiOmega a nižší celkové náklady na licence — obzvláště významné pro univerzity a fotonické start-upy.
Mohu použít Optiwave pro návrh PIC na jiných platformách než křemík?
Ano. Nástroje Optiwave fungují s libovolnými materiálovými platformami — křemík (Si), nitrid křemíku (SiN), fosfid india (InP), LiNbO₃ a další. Materiálové vlastnosti jsou definovány uživatelem.
Existuje podpora pro kvantovou fotoniku a QKD?
OptiSystem podporuje modelování systémů QKD (Quantum Key Distribution) a zdrojů spletených fotonů. OptiOmega umožňuje simulaci fotonických nanorezonátorů používaných v kvantové fotonice.
Máte specifickou výzvu v tomto oboru?
Náš inženýr odpoví do 1 pracovního dne, poradí s nástroji a licenčními možnostmi.
Poslat dotaz inženýroviHledáte software OptiOmega?
Získejte 14-30denní zkušební verzi a vyzkoušejte OptiOmega s plnou technickou podporou během vašeho aktuálního projektu.
Získat zkušební verzi OptiOmega