Inžinierske výzvy v odvetví photonic integrated circuits (PIC)
Fotonické integrované obvody sú jednou z najrýchlejšie rastúcich oblastí inžinierstva — integrácia optických funkcií na kremíkovom čipe alebo inom fotonickom materiáli otvára cestu k transceiverom 400G/800G, senzorom LiDAR novej generácie, fotonickým výpočtom a kvantovej komunikácii. Návrh PIC je však zásadne ťažší ako návrh elektronických obvodov.
Každý komponent — spojka, delič, modulátor, rezonančný krúžok — musí byť presne simulovaný pred odoslaním na fabriku (FAB). Chyba geometrie 10 nanometrov môže posunúť charakteristiku optického filtra o viac ako desať decibelov. Leptanie chybnej doštičky v profesionálnej FAB stojí desiatky tisíc dolárov a týždne času. Simulácia je jediný spôsob, ako znížiť toto riziko.
Ďalšou výzvou je integrácia s elektronikou — ovládače laserov, zosilňovače TIA a prijímacie obvody musia byť navrhnuté spoločne s optickou cestou. Tradičné nástroje EDA nezvládajú optickú doménu a klasické fotonické nástroje nepoznajú elektroniku. iSymulacje poskytuje oba typy nástrojov — a vie, ako ich prepojiť.
Ako náš softvér podporuje návrh?
| Produkt | Rola v tejto oblasti |
|---|---|
 | GPU akcelerovaný FDTD + modálny solver — generovanie kompaktných modelov komponentov PDK |
 | Simulácia optoelektronických obvodov na tranzistorovej úrovni — ovládače laserov, TIA, PD |
 | 2D/3D FDTD simulácia — štrukturálna analýza fotonických komponentov, fotonické kryštály |
 | BPM pre dlhé systémy vlnovodov — deliče, spojky, EO modulátory |
 | Modálna analýza — optimalizácia rozmerov vlnovodu, výpočet efektívnych indexov |
 | Simulácia prenosového systému — overenie PIC v kontexte optickej cesty |
Príklad aplikácie: kompaktný model Y-spojky pre PDK
Návrhové predpoklady
Tím vyvíjajúci transceiver 400G v technológii kremíkovej fotoniky potrebuje kompaktné modely komponentov v súlade s PDK (Process Design Kit) zvolenej fabriky (FAB), čo umožňuje navrhovanie a overovanie integrovaných fotonických obvodov.
Simulácia Y-spojky
V OptiOmega boli vykonané parametrické FDTD simulácie riadené z Python. Geometria Y-spojky bola iteratívne optimalizovaná, pričom sa menili okrem iného uhol vetvy, dĺžka a šírka vlnovodu. GPU akcelerácia skrátila výpočtový čas z niekoľkých dní na niekoľko hodín.
Generovanie kompaktného modelu
Na základe výsledkov simulácie boli určené parametre rozptylu (S-parametre) a uložené ako kompaktný model v súlade s PDK, pripravený na použitie v prostredí OptiSPICE.
Analýza fotonického obvodu
Model bol použitý na simuláciu celého fotonického obvodu v OptiSPICE, analyzujúc prenosové charakteristiky, vplyv šumu a spôsob, akým spojka interaguje so zvyškom cesty, ako je ovládač laseru a transimpedančný zosilňovač (TIA).
Overený návrh
Kompletný návrhový postup, od geometrie komponentu po simuláciu na úrovni obvodu, umožnil overenie návrhu pred nákladným prototypovým behom vo výrobnom procese FAB, čo výrazne skrátilo čas vývoja a znížilo náklady na vývoj.
Často kladené otázky
Simulácia a návrh fotonických integrovaných obvodov (PIC)
Je OptiOmega kompatibilný s PDK od výrobných fabrík (napr. IMEC, GlobalFoundries)?
OptiOmega generuje kompaktné modely vo formáte S-parametrov, ktoré sú kompatibilné so štandardnými prostrediami na úrovni obvodu. Priama integrácia s konkrétnymi PDK závisí od dostupnosti súprav PDK od FAB — kontaktujte nás, aby sme prediskutovali podrobnosti vášho projektu.
Ako sa prístup Optiwave k PIC líši od Lumerical (Ansys)?
Optiwave ponúka integrovaný ekosystém nástrojov od úrovne komponentu (OptiFDTD, OptiOmega) cez obvod (OptiSPICE) až po systém (OptiSystem). Kľúčové výhody zahŕňajú Python-first API v OptiOmega a nižšie celkové náklady na licenciu — obzvlášť dôležité pre univerzity a fotonické startupy.
Môžem použiť Optiwave na návrh PIC na platformách iných ako kremík?
Áno. Nástroje Optiwave fungujú s akoukoľvek materiálovou platformou — kremík (Si), nitrid kremíka (SiN), fosfid india (InP), LiNbO₃ a ďalšie. Vlastnosti materiálov sú definované používateľom.
Existuje podpora pre kvantovú fotoniku a QKD?
OptiSystem podporuje modelovanie systémov QKD (Quantum Key Distribution) a zdrojov previazaných fotónov. OptiOmega umožňuje simuláciu fotonických nanorezonátorov používaných v kvantovej fotonike.
Máte špecifickú výzvu v tejto oblasti?
Náš inžinier odpovie do 1 pracovného dňa a poradí s nástrojmi a licenčnými možnosťami.
Poslať otázku inžinieroviHľadáte softvér OptiOmega?
Získajte 14-30 dňovú skúšobnú verziu na vyskúšanie OptiOmega s plnou technickou podporou počas vášho aktuálneho projektu.
Získať skúšobnú verziu OptiOmega