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物理学 > 光学

arXiv:2501.06774 (physics)
[提交于 2025年1月12日 ]

标题: 线性无源集成光子器件的紧凑模型用于光子设计自动化

标题: Compact Model of Linear Passive Integrated Photonics Device for Photon Design Automation

Authors:Zijian Zhang
摘要: 随着集成光子系统的规模和复杂性不断增加,光子设计自动化(PDA)工具和工艺设计套件(PDKs)在布局和仿真方面变得越来越重要。然而,固定的PDKs往往无法满足日益增长的定制化需求,迫使设计师花费大量时间使用FDTD、EME和BPM仿真进行几何优化。为了解决这一挑战,我们提出了一种基于光学波导单位演化的数据驱动本征模传播方法(DEPM),以及一种从固有波导哈密顿量中推导出的紧凑模型。相关参数通过复数耦合模理论提取。一旦构建完成,该紧凑模型能够在毫秒级别内进行仿真,在模型有效范围内实现与三维FDTD相当的精度。此外,该方法可以快速评估制造变化对器件和系统性能的影响,包括随机相位误差和偏振敏感组件。因此,数据驱动的EPM为未来的光子设计自动化提供了一种高效且灵活的解决方案,有望在集成光子技术方面取得进一步进展。
摘要: As integrated photonic systems grow in scale and complexity, Photonic Design Automation (PDA) tools and Process Design Kits (PDKs) have become increasingly important for layout and simulation. However, fixed PDKs often fail to meet the rising demand for customization, compelling designers to spend significant time on geometry optimization using FDTD, EME, and BPM simulations. To address this challenge, we propose a data-driven Eigenmode Propagation Method (DEPM) based on the unitary evolution of optical waveguides, along with a compact model derived from intrinsic waveguide Hamiltonians. The relevant parameters are extracted via complex coupled-mode theory. Once constructed, the compact model enables millisecond-scale simulations that achieve accuracy on par with 3D FDTD, within the model's valid scope. Moreover, this method can swiftly evaluate the effects of manufacturing variations on device and system performance, including both random phase errors and polarization-sensitive components. The data-driven EPM thus provides an efficient and flexible solution for future photonic design automation, promising further advancements in integrated photonic technologies.
评论: 16页,3张图。进行中的工作
主题: 光学 (physics.optics) ; 应用物理 (physics.app-ph)
MSC 类: 78M34, 78A50, 65Z05
ACM 类: I.6.5; I.6.1
引用方式: arXiv:2501.06774 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2501.06774v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.06774
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Zijian Zhang [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 1 月 12 日 10:51:21 UTC (4,396 KB)
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