シリコンフォトニクスデバイスのためのデータ駆動型双方向モデル開発の実現

Core Concepts

Verilog-Aを用いて、単一ポートを通じて双方向の信号伝搬を実現する手法を提案する。電磁気学の電力波と散乱パラメータの概念を活用し、実測データに基づくフォトニックデバイスの応答を正確にモデル化できる。

Abstract

本論文では、Verilog-Aによるフォトニックデバイスのモデル化手法を提案する。単一ワイヤ上で前方および後方に伝搬する波を同時に扱うことができ、従来手法の冗長性を排除している。また、散乱パラメータを用いることで、任意のパッシブフォトニックデバイスの応答をデータ駆動型でモデル化できる。 提案手法の有効性を示すため、いくつかのフォトニック回路を例に検討した。 マイケルソン干渉計: 双方向伝搬を考慮することで、正確な伝送特性を再現できる。 熱・キャリア変調型位相シフタを用いた干渉計: 双方向伝搬を考慮することで、レーザ側および検出器側の反射波を正しくモデル化できる。 ブラッググレーティングによるファブリ・ペロー共振器: 双方向伝搬を考慮することで、正しい共振特性を再現できる。 反射キャンセル回路: 双方向伝搬を考慮することで、局所的および大域的な最小値を正しくモデル化できる。 以上より、提案手法によりエレクトロニクス-フォトニクス共同設計がより直感的かつ正確に行えることが示された。

Stats

干渉計の伝送特性において、双方向伝搬を考慮しないと誤差が生じる。 ファブリ・ペロー共振器の共振特性において、双方向伝搬を考慮しないと共振ピークを正しくモデル化できない。 反射キャンセル回路の応答において、双方向伝搬を考慮しないと局所的および大域的な最小値を正しくモデル化できない。

Quotes

なし

Key Insights Distilled From

Enabling data-driven and bidirectional model development in Verilog-A for photonic devices

by Dias Azhigul... at arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2402.10971.pdf

Deeper Inquiries

フォトニックデバイスのモデル化において、双方向伝搬以外にどのような課題があるか

提案手法において、双方向伝搬以外の課題として、フォトニックデバイスの反射や光の損失などが挙げられます。特に、光の反射はフォトニック回路において重要な要素であり、反射が適切に制御されないと、光の効率や性能に影響を及ぼす可能性があります。従来のモデル化手法では、反射を適切に取り扱うことが難しかったため、提案された双方向伝搬手法はこの課題に対処する一助となります。

提案手法では、パッシブデバイスのみを対象としているが、アクティブデバイスのモデル化にはどのような拡張が必要か

提案手法は現時点ではパッシブデバイスに焦点を当てていますが、アクティブデバイスのモデル化にはさらなる拡張が必要です。アクティブデバイスでは、光の増幅や変調などの機能が含まれるため、これらの挙動を正確にモデル化する必要があります。アクティブデバイスの特性を取り入れるためには、光の電気的制御や光の増幅メカニズムなどをVerilog-Aモデルに組み込む必要があります。

提案手法を用いて、フォトニック回路とエレクトロニクス回路の相互作用をどのように解析できるか

提案手法を用いることで、フォトニック回路とエレクトロニクス回路の相互作用を効果的に解析することが可能です。例えば、フォトニックデバイスとエレクトロニクスデバイスが組み合わさったシステムにおいて、光信号と電気信号の相互作用をシミュレーションすることができます。このようなシミュレーションにより、システム全体の動作や性能を評価し、設計段階で問題を特定して修正することが可能となります。提案手法によって、フォトニック回路とエレクトロニクス回路の複雑な相互作用を包括的に理解し、最適な設計を行うことができます。