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사례 연구

LIGENTEC은 소형 도파관 교차 설계를 위해 Ansys Lumerical Photonic Inverse 설계를 활용했습니다.

“Ansys Lumerical 시뮬레이션 소프트웨어는 정확성, 호환성, 사용자 친화성 및 지원에 대한 우리의 기준을 충족했으며 우리가 자신 있게 포토닉 장치를 설계하고 최적화할 수 있게 해주었습니다. 이 소프트웨어를 사용하면 제조 프로세스 데이터를 쉽게 통합하여 실용적이고 사실적인 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있습니다. 또한 소프트웨어의 사용자 정의 기능으로 고급 최적화 방법을 활용하면서 복잡한 설계를 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 우수한 기술 지원과 리소스를 통해 소프트웨어를 최대한 활용할 수 있었습니다.”

 — Mariam Aamer Benelfaquih, LIGENTEC 수석 R&D 포토닉스 설계 엔지니어

포토닉 집적 회로(PIC) 기술 및 응용 분야의 발전에 따라 성능 기준과 복잡성이 높아지는 차세대 포토닉스 제품이 등장하고 있습니다. 까다로운 성능 및 복잡성 요구 사항을 충족하는 동시에 제조 가능성과 수율을 보장하는 것은 PIC 산업에서 직면한 중요한 과제입니다.

과제

설계 프로세스는 여러 번의 반복, 제조 및 테스트를 거쳐야 하므로 까다롭고 시간이 많이 소요되며 높은 비용이 들 수 있습니다. LIGENTEC의 관심 사안은 복잡한 PIC 및 포토닉 장치를 최적화하여 낮은 삽입 손실, 최소 역반사, 소형화된 설치 공간 및 낮은 크로스토크와 같은 여러 가지 성능 지표를 갖춘 최적화된 도파관 교차를 포함해 특정 성능 기준을 충족하는 것입니다.

Ligentec 보드

엔지니어링 솔루션

LIGENTEC은 도파관 교차의 설계 및 최적화를 위해 Ansys Lumerical FDTD의 PID(Photonic Inverse Design) 기능을 사용했습니다. 이 회사의 엔지니어링 솔루션에는 구조물의 초기 형상을 지정하고, 시뮬레이션 파라미터와 재료 속성을 정의하고, 설계 목표와 제약 조건을 설정하고, 최적화 알고리즘을 실행하여 최적화된 설계를 생성하는 작업이 포함되었습니다.

도파관 교차(Waveguide Crossing)

이점

  • 설계 최적화 목표 및 제약 조건의 사용자 정의.
  • 삽입 손실, 설치 공간 및 크로스토크를 포함한 여러 성능 지표의 공동 최적화.
  • 효율적이고 빠른 varFDTD 방법과 Lumerical의 강력한 3D FDTD 방법, 그리고 PID 최적화와의 원활한 통합을 결합하여 설계 주기 효율성을 높입니다.
  • 매우 큰 설계 공간을 탐색하고 기존 최적화 방법을 사용하여 찾는 데 매우 어렵고 시간이 많이 소요되는 최적의 설계를 식별합니다. Lumerical varFDTD를 사용하면 설계 공간을 빠르게 탐색할 수 있으므로 전체 3D FDTD 시뮬레이션에서 높은 정확도의 결과를 추출할 수 있습니다.
  • 새로운 도파관 교차는 설치 공간을 4배 줄이면서 교차당 최대 0.02dB 및 크로스토크 -60dB 미만의 낮은 손실 성능을 유지하도록 설계되었습니다.
  • 공정 변동 해석은 3σ 공정 변동에 대한 견고성을 갖춘 제조 가능한 설계를 달성했습니다.
  • CAD(Computer-Aided Design) 환경에서 최적화된 설계를 프로세스에 따라 파운드리에서 제조할 수 있는 물리적 마스크 레이아웃(.gds 파일)으로 스크립트 기반 변환이 가능합니다.
  • 이 워크플로는 회사의 GDS 레이아웃 생성을 간소화하고 오류 원인을 제거했습니다.
  • 측정 플롯에 표시된 대로 설계의 성능을 정확하게 최적화하고 예측했습니다.
  • 공정 변동의 영향과 한계를 고려하여 설계 프로세스 초기에 잠재적인 문제를 식별할 수 있어 처음부터 올바른 설계가 이루어지므로 설계 반복의 필요성이 제거되고 높은 비용이 드는 제조에 실패하는 위험이 최소화됩니다.
파장 그래프

검증된 포토닉 설계가 보다 지속 가능한 소형화 광학을 지원하는 방법 알아보기

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