如何为光子过程设计工具包(PDK)创建激光模型

对光子学的需求，以服务于数据中心和电信的数据传输的巨大需求正在增长。与传统的电子设计自动化一样，光子工程师可以在一个由工具供应商和晶圆厂组成的生态系统的支持下，在电路级别上设计光子组件。近年来，光子学领域已经成熟，具有可靠的过程设计工具包(PDK)，如图1所示。

什么是光子PDK?

光子PDKs能够实现电路和系统级仿真，这是光子集成电路(PIC)设计过程的关键部分。仿真的准确性取决于铸造厂作为其工艺设计工具包的一部分提供的紧凑模型库(CML)的能力。铸造cml需要根据测量数据进行校准，并能够准确地模拟所制造的本征光子元件和电路的行为。在这篇文章中，我们描述了使用实验结果创建激光紧凑模型的步骤。

激光冲击光子集成电路是如何工作的?

使任何PIC工作的关键组件是光子源本身，即激光器，如图2所示，以典型的光收发器为例。

然而，激光会对光子电路的性能产生重大影响，因为它们会引入光学噪声。此外，它们的噪声和输出功率强烈依赖于温度。PIC激光器的典型结构如图3所示。

光子集成电路的封装是一个复杂的过程，涉及到许多外部部件，这些外部部件可能会降低电路的整体性能，如图4所示。在协同封装的光学或电子-光子整体解决方案中，温度效应可能更加明显，其中激光可以更接近其他发热设备，其冷却可能更加困难。Analog Photonics和Ansy万博s工程师合作创建了一个精确考虑温度效应和噪声的激光紧凑模型。在这篇文章中，我们描述了创建激光紧凑模型的过程万博Ansys Lumerical INTERCONNECT最新的APSUNY有源干涉器(AI)封装PDK v.1.0。

如何在Ansys Lumerical INTERCONNECT中选择和设置激光模型万博?

激光模型的范围从简单的查找表到更复杂的物理模型。查找表模型，如CWL(连续波激光)，易于设置和计算速度快，但它们可能不能准确地模拟所有重要的激光效应。但是，更复杂的物理激光模型，如DML(直调激光)和TWLM(行波激光模型)，需要更多的参数和更长的计算时间。因此，为PDK创建激光模型需要选择最佳模型，以最佳地满足已知激光参数的数量、模型精度和计算时间之间经常冲突的要求。

为了开发APSUNY有源干涉器(AI)封装PDK v.1.0, Analog Photonics和Ansys工程师共同创建了一个紧凑的专利激光设备模型。万博Analog Photonics工程师测量了温度相关的激光波长、光电流(LIV)和相对强度噪声(RIN)特性，这些是直接检测数据链路的关键性能指标。这是关于激光器的全部可用参数。考虑到已知激光参数数量较少，且需要对强度噪声进行精确建模，在输入参数复杂度和模型精度之间权衡，选择DML作为最优模型。温度相关的DML激光参数由Analog Photonics工程师仅通过将模型结果与LIV和RIN在每个温度下的测量结果拟合来提取，而不需要知道专有激光设备的所有内部细节。

模拟激光器与实测激光器的性能图的比较如图5所示，显示出非常好的一致性。

结论和额外资源

激光输出功率的温度依赖性和激光引入的噪声会显著影响光子电路的运行。在这篇文章中，我们描述了在Ansys Lumerical INTERCONNECT中为专有激光设备创建最佳紧凑模型的步骤，该模型将温度效应和强度噪声准确地考虑在内。万博该激光模型是APSUNY有源干涉器(AI)封装PDK v.1.0的一部分。

为了获得更详细的技术版本和其他参考资料，请查阅我们的相关白皮书．