一种硅基模斑转换器的逆向设计方法及硅基模斑转换器技术

本发明专利技术公开了一种硅基模斑转换器的逆向设计方法及硅基模斑转换器，属于集成光子器件技术领域。所述逆向设计方法包括：将器件待优化区域均匀等分为一定大小的像素单元；在像素单元的中心刻蚀不同半径大小的空气柱，以改变设计区域的拓扑结构；定义品质因数描述设计器件性能的优劣；设计梯度逆向设计算法计算每个像素单元的刻蚀孔径的梯度信息，根据梯度信息更新每个像素单元的刻蚀孔径；算法不断迭代更新直至收敛。此设计算法也可以应用于其他硅基器件的制造，提高设计效率；并首次提出梯度逆向设计方法应用于设计模斑转换器，实现了尺寸仅为12μm

【技术实现步骤摘要】
一种硅基模斑转换器的逆向设计方法及硅基模斑转换器


[0001]本专利技术涉及集成光子器件
，具体涉及一种硅基模斑转换器的逆向设计方法及硅基模斑转换器。

技术介绍

[0002]随着5G时代的来临，在大数据、云端计算以及物联网等新一代通讯需求的推动下，人们不仅对光器件的速率有更高的要求，对光器件的制造成本、功耗以及尺寸方面也有着越来越高的要求。
[0003]硅基光电子技术以其集成度高、尺寸小、与微电子工艺相兼容等优势，成为最具潜力的高效率、低成本片上解决方案，并在数据中心、通信、自动驾驶、传感、高性能计算和人工智能等各个领域彰显出巨大应用价值。
[0004]而集成度是硅光子集成技术的最关键指标之一。硅芯片集成度越高，产品的性能越好、功耗越低且成本降低。虽然传统的硅基光子器件已经广泛应用于各种硅基光子集成芯片，甚至一些商业产品中。
[0005]由于硅光子器件的设计大多采用人工选择参数或采用半解析模型。因此，受传统设计方法设计效率低和传统纳米光子器件参数搜索空间小的限制，设计过程往往耗时，设计出的器件一般占地面积大。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基模斑转换器的逆向设计方法，其特征在于，所述逆向设计方法包括：步骤1：将设计区域离散为均匀的若干像素单元，在像素单元的中心刻蚀不同半径大小的空气柱，并以所述像素单元中心的刻蚀孔径作为初始结构；步骤2：采用梯度逆向设计算法计算设计区域中任意点处的梯度dFOM；步骤3：将任意点处的梯度dFOM通过转义函数G换算为刻蚀孔的孔径值；步骤4：根据得到刻蚀孔的孔径值更新器件的拓扑结构；步骤5：计算更新后器件的品质因数FOM，并判断算法是否收敛；若不收敛，则返回重新计算梯度，直至算法收敛。2.根据权利要求1所述的硅基模斑转换器的逆向设计方法，其特征在于，在步骤1当中，所述将设计区域离散为均匀的若干像素单元，并以所述像素单元中心的刻蚀孔径作为初始结构具体包括：确定所述设计区域的大小；对所述设计区域的刻蚀孔进行初始化；通过梯度逆向设计算法，对所述设计区域的刻蚀孔径进行迭代优化。3.根据权利要求1所述的硅基模斑转换器的逆向设计方法，其特征在于，在步骤2当中，所述设计区域中任意点处的梯度dFOM表示为：其中，E
for
为该点处的正向电场；E
adj
为伴随电场；k0为自由空间波数，Re(
·
)取实部。4.根据权利要求1所述的硅基模斑转换器的逆向设计方法，其特征在于，在步骤3当中，所述转义函数G的计算表达式如下：R＝G(dFOM)其中：其中：x代表任意点的梯度值，h(x)为双曲正切函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力，袁平，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：