コンパクトモデルを活用したSiフォトニクスデバイス設計・解析(Tunable CROW Filter)

Siフォトニクス

Siフォトニクスとは、Si基板上に発光、受光、変調素子等のデバイスを集積する技術です。既存の微細加工プロセスを利用することで効率的に、高密度な集積を行うことができ、それらは光集積回路(PIC:Photonic Integrated Circuits)と呼ばれます。Siフォトニクスは高速光通信、デバイスの小型化、低消費電力化等の特徴から、活発な研究開発が行われている分野です。

コンパクトモデルを活用したCROWフィルタの特性解析

本事例では、Siフォトニクスデバイスの解析事例として熱調整型リング共振器であるCROWフィルタ(Coupled-Resonator Optical Waveguide)の設計、解析を行います。通常は解析全体を通してMODEまたはFDTDなどの電磁場解析ツールを利用しますが、Lumerical INTERCONNECTのコンパクトモデルを活用することで、より効率的な解析を行います。
まず初めに、Lumerical MODEを用いて基本となる導波路のモード解析を行います。バス導波路やリング導波路のモード特性だけでなく、温度依存性モデル材料を利用することで、温度に対するモード解析を行う事が可能です。 続いて、INTERCONNECTのコンパクトモデルを用いてCROWフィルタモデルを構築します。前段の解析で得られたパラメータを利用することでモデル化が可能です。コンパクトモデルを用いてパラメータスイープを実行することで、結合効率に関するスイープ解析や、熱調整に対するフィルタリング波長のシフト解析等に対し、FDTDよりも大幅に速い時間で解析を実行できます。 最後に、FDTDを用いて導波路カプラ部分のGap長と結合効率の関係を解析します。
INTERCONNECTの解析により得られた最適な結合効率から、最適なGap長を算出することができます。 このようにLumerical MODE,FDTD,INTERCONNECTを活用する事で、求めたい設計パラメータに対して効率的に解析することが可能になります。


INTERCONNECTコンパクトモデルにより求めたThroughとDropポートのスペクトルです。


FDTDにより導波路カプラのGap長と、結合効率をスイープ解析した結果と、コンパクトモデル解析により求めた結合効率から、最適なGap長を算出します。

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本資料をおすすめの方

  • Siフォトニクスの研究開発または設計をされている方
  • Lumerical INTERCONNECTの解析にご興味のある方

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