从物理到系统级的硅有机混合纳米光子器件建模

数据量的持续增长激发了人们对集成到硅光子集成电路（PIC）中的硅有机混合（SOH）纳米光子器件的兴趣。与硅光子器件相比，SOH器件具有更高的速度和能效。然而，目前缺乏一种全面且精确的SOH器件建模方法。尽管存在一些SOH器件的初步建模方法，但它们依赖于理论和数值方法，并且与电子设计自动化（EDA）缺乏兼容性，这阻碍了它们与硅PIC的无缝快速集成。在此，我们开发了一种基于现象学、构建模块的SOH PIC仿真方法，涵盖从物理到系统级，具有高精度、全面性和EDA风格的兼容性。我们的模型也易于集成和扩展，适用于大规模硅PIC的设计。我们提出的建模方法与任何光子-电子协同仿真软件无关且兼容。我们通过将实验验证的SOH微环调制器和马赫-曾德尔调制器与仿真结果进行比较，验证了该方法，证明了其对各种调制器拓扑结构进行建模的能力。我们还展示了该方法在建模大规模系统时的简便性和快速性。作为一个示例，我们使用该方法设计并研究了一个基于3通道SOH MRM的波分（解）复用器，该器件广泛应用于神经形态计算、数据中心互连、通信和传感等领域。我们的建模方法也适用于其他表现出普克尔斯效应和克尔效应的材料。据我们所知，这是首个针对SOH调制器的、从物理到系统级且兼容EDA的全面仿真方法。