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Diseño ultrarrápido y preciso de guías de onda multimodo basado en un método de expansión de modos propios basado en

Jaesung Song, Young-Ik Sohn

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    PubMed
    Resumen

    Desarrollamos un marco de simulación fotónica rápido y preciso para guías de onda multimodo. Este enfoque acelera significativamente el diseño de circuitos fotónicos complejos, haciendo que las simulaciones avanzadas sean más accesibles.

    Palabras clave:
    fotónicaguías de onda multimododiseño fotónicosimulación fotónicaingeniería fotónicacircuitos fotónicosoptimización fotónicamétodo de expansión de modos propiosFDTD

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    Área de la Ciencia:

    • Fotónica e Ingeniería Óptica
    • Electromagnetismo Computacional
    • Ciencia de Materiales (Fotónica de Silicio)

    Sus antecedentes:

    • El diseño de guías de onda multimodo requiere una gran cantidad de recursos computacionales utilizando métodos tradicionales.
    • Las herramientas de simulación precisas y eficientes son cruciales para avanzar en los circuitos fotónicos integrados.
    • Las técnicas de simulación existentes a menudo carecen de la velocidad necesaria para la optimización de dispositivos complejos.

    Objetivo del estudio:

    • Introducir un marco de simulación fotónica novedoso basado en datos para el diseño de guías de onda multimodo.
    • Lograr simulaciones ultrarrápidas y de alta precisión para estructuras de guías de onda complejas.
    • Permitir el diseño y la optimización rápidos de dispositivos fotónicos multimodo a gran escala.

    Principales métodos:

    • Desarrollo de un marco de simulación basado en datos.
    • Implementación del marco para el diseño de dobladores de guías de onda multimodo de silicio.
    • Validación de la precisión de la simulación frente a un método comercial de dominio de tiempo de diferencia finita (FDTD) en 3D.

    Principales resultados:

    • Se logró una aceleración de dos a tres órdenes de magnitud en comparación con los métodos convencionales.
    • Se diseñó con éxito un doblador de guía de onda multimodo de silicio (radio efectivo de 30 µm) en menos de un segundo.
    • Se demostró una optimización eficiente del dispositivo, diseñando dobladores con relaciones de división de potencia arbitrarias en 68 minutos en una CPU.

    Conclusiones:

    • El marco propuesto acelera significativamente el diseño y la simulación de guías de onda multimodo.
    • Ofrece alta precisión, comparable a los métodos comerciales establecidos.
    • Este enfoque democratiza las simulaciones fotónicas computacionalmente intensivas para los diseñadores.