IPKISS

IPKISS

 

概览

 

IPKISS 集成光子学设计平台是一个脚本环境，涵盖了完整的光子 IC 设计流程，直至用于真正组件验证的测量反馈。 这些组件依赖于一个集中定义的单一模型，以便在不同的设计阶段（例如布局、物理和电路仿真）之间实现平滑过渡。 这使得设计流程稳健（“你的布局就是你的计算”），减少设计错误并节省大量设计时间。

该平台是模块化的，可以扩展以与 EDA 设计流程和 AWG（阵列波导光栅）设计集成。

提高设计流程的完整性：

• ·完全参数化的强大 Python 脚本
• ·从网表到同一组件中的布局
• ·电路模拟和测量验证
• ·可定制为内部设计方法
• ·用于专门组件设计的模块
•   EDA 设计流程集成模块

 

您将通过使用 Luceda 先进的组件库来利用多年的设计经验，这些组件库适用于不同的 FAB 技术以及经过专门验证的组件，例如 AWG、Mach-Zehnder 调制器、光子晶体和光栅耦合器。 使用通用的 Python 脚本，您将能够在自定义设计流程中集中您的专业知识。 设计流程的这种简化允许设计师之间更有效的协作、更快的设计迭代以及对以前设计的更强大的知识管理。

它是希望通过创新的完全控制的设计流程建立竞争优势的团队的首选工具。

 

主要功能

 

布局

• 分层组件管理
• 光子波导定义：柔性截面、参数弯曲算法、曲线
• 半自动路由
• GDSII 导入/导出
• 电路/系统仿真框架
• CAPHE：光网络求解器
• 布局集成
• 物理模拟集成
• 频率和时间模拟
• S 矩阵和自定义模型。
• 基于方程的源定义
• 敏感性分析
• 优化
• 与 VPI Componentmaker 的接口

 

制造后端

• 可用的 PDK：IMEC Passives、imec iSiPP50G、IHP、IME、VTT、Ligentec 等等。 单击此处查看完整概述
• 创建和组合多个定制制造工艺流程
• 虚拟制造：生成用于渲染和物理模拟的 2D 和 3D 模型：Povray、HDF5、VTK

 

Python参数化设计框架

• Python：简单的行业标准脚本语言
• 在一处定义构建块：减少工具之间的复制/粘贴和翻译
• 从单一定义中提取和交换不同表示（“视图”）之间的信息：布局、3D 模型、电路连接、测试程序
• 与第三方工具的接口
• 优化、后处理、可视化（众多科学 Python 库）

 

物理模拟框架

• CAMFR：模式求解器（2D笛卡尔，3D圆柱）
• S-矩阵提取
• 紧凑的模型构建
• Dassault Systèmes Simulia 的 IPKISS 链接（可选）
• 用于 Ansys Lumerical 的 IPKISS 链接（可选）
• 其他按需求解器

 

IPKISS 模块（可选）

• IPKISS AWG Designer：集成设计环境，用于设计从高级规格到可制造 AWG 布局的阵列波导光栅 (AWG)。

 

IPKISS 链接（可选）

• 西门子 EDA 的 IPKISS 链接：将 IPKISS 与西门子 EDA 的 L-Edit 和 L-Edit Photonics 的 GUI 集成。
• 用于 Ansys Lumerical 的 IPKISS Link：直接从 IPKISS 在您的 PCell 上运行 Lumerical FDTD 和 MODE EME 仿真。
• Dassault Systèmes Simulia 的 IPKISS 链接：直接从 IPKISS 在 CST Studio Suite 中的 PCell 上运行 FDTD 模拟。

 

5x20Gb/s WDM Ge 接收器的设计和制造

根特大学和imec (*) 提供的IPKISS 应用示例。

 

面临的挑战是低插入损耗、低串扰、极化不敏感、紧凑的占地面积和低功耗。 同样重要的是 DfX 因素，例如可制造性设计和针对温度变化的稳健性。

密集波分复用 (DWDM) 滤波器在 1540nm 波长附近具有 300GHz (2.34nm) 的信道间隔。

二维光栅耦合器将单模光纤的两个正交偏振态解耦到它们自己的五通道 300GHz DWDM 滤波器组（二阶环形谐振器）中。 单个锗 (Ge) 高速横向 PIN 光电二极管终止每个去耦通道。

 

 

该设备的性能非常接近设计规格

• 在所有 5 个通道上以 20Gb/s 的速度打开眼图。
• 高可制造性和良率（Wefer 规模测量）。

IPKISS 用于布局和组合 3 种不同的电路：

• 光路：双环谐振器（二阶滤波器）的耦合系数通过 Python 编程优化。 获得的平顶行为补偿了局部（10mm-1mm）制造变化，从而减少了串扰。
• 电加热电路：主动补偿全球晶圆级变化和环境温度变化（非常低的功率）。
• 高频接触电路：创建 5 个回路，每个回路包括单个锗 (Ge) 高速横向 PIN 二极管。
• IPKISS 生成了测量程序，用于表征该电路的静态和动态响应，包括晶圆级光学和电光。

 

制造容错 MZI 滤波器的设计。

根特大学和imec (*) 提供的IPKISS 应用示例。

动机

Si 具有很高的热光系数（共振时的位移约为 70-100 pm/K），并且具有极高的制造敏感性（即 1 nm 共振/nm 线宽变化和 1.4 nm/nm 厚度）。

建议的解决方案

通过优化长度和宽度来减少制造和热敏感性的被动补偿。 宽度灵敏度降低 10 倍，热灵敏度降低 8 倍，占地面积增加 2.5 倍。 CAPHE 用于创建波导和 MZI 的热模型，以模拟制造可变性和参数探索。

设计优势。

• 低功耗：无需温度补偿
• CMOS 兼容性：全硅方法
• 无需后期制作：低成本

IPKISS 电路仿真优势

• 布局和电路仿真完全耦合。 减少设计错误
• 轻松实现 n 的自定义模型； 宽度和温度相关
• 简单的参数探索
• MZI 在整个波长范围内的快速模拟（<1 分钟）

 

 

结合 CST Studio Suite 和 CAMFR 的分路器设计优化

IPKISS.flow 与 CST Studio Suite 集成，以确保对 PDK、布局和耦合仿真数据进行自动、一致的管理。

 

在 IPKISS.flow 中整合仿真模型需要 4 个简单的步骤：

• 将几何体 + 端口导出到 CST Studio Suite
• 开始 CST 仿真和 S 参数提取
• 在 IPKISS 中导入 S 参数
• IPKISS中的电路仿真

示例目标

• 我们设计了一个分光比为 50:50% 的 1x2 分路器，并对其进行了优化，以实现最小的插入损耗。
• 为了做到这一点，需要3个步骤：
• 为分路器创建一个参数化的 PCell，以优化其性能。
• 使用标准 Python 优化器和 CAMFR（集成在 IPKISS 中的快速模态求解器）优化拆分器。
• 使用 CST Studio Suite 运行准确的 3D-FIT/FDTD 模拟，为 CAPHE 电路模拟提取准确的 s 矩阵模型。