26 septembre 2005 Contribution au développement dune CAO pour les circuits optiques...

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  • 26 septembre 2005 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques. Mise en uvre et application aux circuits passifs. L. Guilloton Sous la direction de S. Tedjini et T-P. Vuong Laboratoire de Conception et dIntgration des Systmes BP54, 26902 Valence, France
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  • 26 septembre 2005 2/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Plan de la soutenance Introduction La simulation dans le domaine optique Vers une Thorie des circuits optiques Modlisation et intgration de composants optiques sous un outil de CAO Prsentation de loutil ainsi que de diffrentes simulations Conclusions & Perspectives Dmonstration de loutil dvelopp Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 3/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Contextes et objectifs du projet Dveloppement accru des technologies optiques Des applications de plus en plus complexes Les tlcommunications longues distances Le transfert de donnes entre ordinateurs ou encore lments de chanes Hifi Les interconnections entre cartes, bus, puces, Les systmes de mesures de grandeurs physiques Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 4/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Contextes et objectifs du projet Systme multiplex Des dispositifs alliant les parties lectroniques et optiques sur un mme substrat Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo Besoin dune CAO optique efficace
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  • 26 septembre 2005 5/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation Trois familles doutils de simulation Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 6/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation La simulation de type composant Principe Simulation base sur la rsolution des quations lectromagntiques rgissant le fonctionnement dun composant. Avantage Simulation raliste tenant compte des paramtres dimensionnels et physiques du composant tudi. Inconvnients Lourd en temps de calcul. Gourmand en mmoire. Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 7/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation La simulation de type composant (suite) Plusieurs mthodes de rsolution Mthodes des diffrences finies. Mthodes des lments finis. Mthodes des faisceaux propags. Plusieurs logiciels existant FEMLAB de Comsol Microwave Studio de Computer Simulation Technology BPM-CAD dOptiwave Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 8/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation La simulation de type circuit Principe Simulation base sur la reprsentation lectrique dun composant ou dun circuit. Avantages Permet de calculer les paramtres de transmission et de rflexion dun circuit. Simulation rapide. Inconvnient Modlisation devant tenir compte de nombreux paramtres. Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 9/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation La simulation de type circuit (suite) Plusieurs mthodes de rsolution Utilisation de matrices-S pour la simulation linaire. Mthode de lquilibrage harmonique, de lenveloppe ou du shooting pour la simulation non-linaire. Logiciels existant uniquement dans le domaine lectronique Designer / Serenade dAnsoft ADS dAgilent Technologies Microwave Office dApplied Wave Research Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 10/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation La simulation de type systme Principe Simulation base sur la reprsentation comportementale dun composant ou dun circuit. Avantages Simulation trs rapide. Facilit de mise en uvre. Inconvnient Ne tient pas compte des phnomnes de rflexions (Simulation unidirectionnelle) Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 11/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation La simulation de type systme (suite) Mthode de rsolution Mthode base sur la multiplication des fonctions transferts des composants constituant le systme. Plusieurs logiciels existant MATLAB-SIMULINK de Mathworks LINKSIM de RSoft COMSIS dIpsis OPTYSYS-DESIGNdOptiwave Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 12/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques La simulation dans le domaine optique Diffrents niveaux de simulation Tableau rcapitulatif: Avantages / Inconvnients Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo ComposantCircuitSystme Tps de calcul---+++ Capacit mmoire ---+++ Complexit de modlisation /-+ Complexit dutilisation --++ Qualit des simulations +++++-
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  • 26 septembre 2005 13/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Thorie des circuits Notions donde Notion de quadriple Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 14/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Thorie des circuits Concepts de matrice-S Dfinition Modle lectrique: utilise les relations de transmission et de rflexion du composant. O les a j reprsentent des signaux entrant et les b i des signaux sortant du composant modliser. Les paramtres-S sont dfinis par: Composant a1a1 a2a2 b1b1 b2b2 Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 15/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Thorie des circuits Concepts de matrice-S Proprits de la matrice-S Rciprocit: Un composant passif ne contenant pas de matriaux dits non- rciproques aura une matrice-S symtrique. Conservation des puissances: Composant idal (sans perte) Composant rel ij Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 16/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Thorie des circuits Concepts de matrice-S Formalisme de Jones J AB B=J.A a b u v z Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 17/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Thorie des circuits Concepts de matrice-S La matrice-S optique [B]=[S].[A]+[C] Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 18/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Modlisation de composants optiques Dcomposition du travail en trois niveaux hirarchiques: Le niveau descriptif Le niveau technologique La fibre optique Loptique intgre sur verre Loptique intgre sur semi-conducteur Le niveau rel Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 19/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Modlisation de composants optiques - Niveau 1: descriptif Principe: Bote noire Observation des entres/sorties du composant modliser Non prise en compte de la technologie utilise Travail ralis: Modlisation dun grand nombre de composants optiques passifs Donne la forme gnrique de la matrice-S du composant modlis Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 20/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Modlisation de composants optiques - Niveau 1: descriptif Exemple du guide optique monomode : S 22 S 11 S 12 S 21 Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo
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  • 26 septembre 2005 21/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Modlisation de composants optiques - Niveau 1: descriptif Exemple du guide optique monomode : Introduction Simu optique Thorie circuit Modlis et Simulation Conclusion Dmo S21 S12 S11 S22
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  • 26 septembre 2005 22/47 Contribution au dveloppement dune CAO pour les circuits optiques Modlisation de composants optiques - Niveau 2: technologique Principe: Rcupration des modles de niveau 1 dvelopp prcdemment Ajout des paramtres technologiques lis: Au substrat Au technique de fabrication But: Dvelopp une bibliothque fonctionnelle pour les technologies: base de fibre optique base doptique guide sur verre base doptique guide sur semi-conducteur Introductio