[發明專利]基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器

有效

• 申請號: 201910212740.4
• 申請日: 2019-03-20
• 公開（公告）號: CN110320663B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 尤國慶;郜定山
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B6/12
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

1.一種基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，包括輸入波導、輸入錐形結構、優化波導區域、輸出錐形結構、輸出波導；其特征在于：

優化波導區域被劃分成若干個正方形單元格，每一個單元格的狀態為不打孔或正中心圓孔；每一個單元格的狀態的確定方式是：根據直接二元搜索算法和設置的目標函數，計算每一個單元格的狀態，以使目標函數達到最大值；

所述目標函數包括第一目標函數、第二目標函數，所述第一目標函數為：

FOM₁＝T₁₁-(T₀₀+T₀₁+T₁₀)

其中，T_mn代表入射為TE_m出射為TE_n的透過率，即T₁₁為目標透過率，T₀₀、T₀₁、T₁₀均為串擾；該第一目標函數中，目標透過率與串擾占相同的比重，交替使用按行和按列掃描，直至目標函數收斂，隨后使用第二目標函數：

FOM₂＝T₁₁-10×(T₀₀+T₀₁+T₁₀)。

2.根據權利要求1所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，所述優化波導區域的尺寸為所劃分正方形單元格邊長的整數倍。

3.根據權利要求1所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，所劃分的正方形單元格邊長a滿足

式中，λ為優化中心波長，n_eff為波導有效折射率；

正中心圓孔的直徑d滿足80nm≤d≤(a-30nm)。

4.根據權利要求1所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，所述輸入錐形結構的寬度大的一端與優化波導區域相連，寬度小的一端與輸入波導相連；所述輸出錐形結構波導寬度大的一端與優化波導區域相連，寬度小的一端與輸出波導相連。

5.根據權利要求1所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，所述根據直接二元搜索算法和設置的目標函數，計算每一個單元格的狀態，以使目標函數達到最大值的步驟包括：依次掃描優化波導區域每一個單元格，改變掃描單元格的狀態，計算當前目標函數，將當前目標函數與未改變該單元格狀態時的目標函數值相比較，若當前目標函數值得到改善，則保留該掃描單元格的新狀態，否則，將該單元格恢復原狀態。

6.根據權利要求5所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，在使用直接二元搜索算法計算優化波導區域每一個單元格狀態時，交替使用按行掃描和按列掃描的方式；按行掃描時在水平方向上從左往右，垂直方向上從下往上；按列掃描時在垂直方向上從下往上，水平方向上從左往右。

7.根據權利要求5所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，進一步包括：首先，設置目標函數中目標透過率與串擾占據相同比重，交替使用按行和按列掃描，直至目標函數收斂；然后，將目標函數中目標透過率與串擾的比重設置為1:10，在已有的最優解的基礎上繼續交替使用按行和按列掃描，直至目標函數收斂。

8.根據權利要求7所述的基于直接二元搜索算法設計的超小尺寸大帶寬模式濾波器，其特征在于，目標函數收斂的判斷依據為掃描完一輪優化波導區域所有單元格后，目標函數的改變值低于0.1％。