一种基于逆向设计的片上模式转换器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于逆向设计的片上模式转换器的设计方法，特点是包括设计片上模式转换器的初始结构从左到右依次为一个输入波导、一个多边形设计区域和一个输出波导并在设计区域上边界、下边界或上下边界分别插入若干个离散优化点x的步骤；利用三维时域有限差分法对模式转换器进行第一次正向传输模拟和第二次伴随模拟仿真，相应获取初始电场和伴随电场，算优化点的品质因数变化值

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆向设计的片上模式转换器的设计方法


[0001]本专利技术属于硅基光子器件智能设计，尤其是涉及一种基于逆向设计的片上模式转换器及测试方法。

技术介绍

[0002]数字信息技术的高速发展，对数据中心的传输容量以及能耗提出了更高的要求。为实现高容量、低损耗以及低成本的芯片上数据传输，基于硅基光子平台的模式复用/解复用技术成为了科研界和工业界的研究热点。其中，具有高转换效率、低损耗的硅基模式转换器是实现这一技术的重要前提。
[0003]目前已报道的模式转换器多采用传统的设计方法，利用特定的结构，如锥形定向耦合器、非对称Y分支以及多模干涉耦合器等来实现芯片上的模式转换。但是，以上所述三种器件尺寸通常较大，所采用的设计方法往往依赖于设计人员的经验，在结构设计和参数优化上耗费大量时间。此外，当设计目标，即目标模式发生变化时，往往需要针对结构重新设计和优化，大量的重复性工作致使设计效率较低。因此，片上模式转换器在器件尺寸、转换效率等方面的问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耗时短、设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于逆向设计的片上模式转换器的设计方法，其特征在于包括以下步骤：(1)设计片上模式转换器的初始结构从左到右依次为一个输入波导、一个用于模式转换的多边形设计区域和一个输出波导；(2)建立平面坐标系，在步骤(1)所述的多边形设计区域上边界或者下边界或者上下边界插入若干个离散优化点x，通过调节优化点x在y轴方向上的位置对模式转换器进行边缘优化；(3)将光源从输入波导正向传输到输出波导，利用三维时域有限差分法对模式转换器进行第一次正向传输模拟，获取设计区域中优化点处的初始电场切向分量E
||
(x)和初始电位移矢量的法向分量D
⊥
(x)；(4)将输入波导上的光源放在输出波导截面上，逆向辐射至优化点，利用三维时域有限差分法进行第二次伴随模拟仿真，获取设计区域中优化点处的伴随电场的切向分量和伴随电位移矢量的法向分量(5)计算优化点x的品质因数变化值
△
FOM，计算公式如下：其中，Δx
n
(x)为第n个优化点在y轴方向上的位置变化量，ε
si
为硅材料的介电常数，为二氧化硅材料的介电常数，E
||
(x)为初始电场的切向分量，D
⊥
(x)为初始电位移矢量的法向分量，为伴随电场的切向分量，为伴随电位移矢量的法向分量，dA是对初始设计区域的边界进行积分；(6)通过不断地调整优化点x在y轴方向上的位置来对模式转换器进行边缘形状优化，具体为在Python编程语言中，利用步骤(5)计算公式对插入的优化点x在y轴上的位置进行迭代计算，直至所有插入的离散优化点的ΔFOM小于1
×
10
‑5，即设计出所需的片上模式转换器。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，杨子荣，廖俊鹏，金庆辉，张晓伟，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：