[發明專利]一種非易失可編程的集成光子器件及其設計方法

有效

• 申請號: 202010804918.7
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111999802B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 張敏明;楊思康;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B27/00;G02F1/01
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述集成光子器件的多模波導(1)包括N×M個可獨立調節調諧狀態的邏輯單元(11)，N和M均為正整數；

每個所述邏輯單元(11)包括具有凹槽且材料為硅的長方體結構以及填充在所述凹槽中且材料為相變材料的填充結構，且每個所述邏輯單元(11)為亞波長尺寸結構，通過調節所述相變材料的狀態以使相應邏輯單元(11)工作在晶態或非晶態；

通過獨立調節各所述邏輯單元(11)的調諧狀態，以在亞波長尺度調控所述多模波導(1)的折射率分布，實現不同功能的集成光子器件的動態可調，所述不同功能包括任意比功分器功能和波分復用器功能。

2.如權利要求1所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述相變材料為VO₂、GST或GSST。

3.如權利要求1所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，每個所述邏輯單元(11)的尺寸不大于λ/2，其中，λ為所述集成光子器件的工作波長。

4.如權利要求1所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述凹槽為圓柱形凹槽或矩形凹槽。

5.如權利要求1所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述邏輯單元(11)的調諧狀態包括所述相變材料的晶態、非晶態和中間態，所述邏輯單元(11)的調諧方式為電加熱或激光加熱。

6.如權利要求1-5任一項所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述集成光子器件還包括襯底(2)、二氧化硅氧化層(3)、輸入波導(4)、第一輸出波導(5)、第二輸出波導(6)和亞波長光柵結構(7)；

所述二氧化硅氧化層(3)位于所述襯底(2)的兩側區域上；

所述亞波長光柵結構(7)位于所述二氧化硅氧化層(3)上，并連接支撐所述多模波導(1)、輸入波導(4)、第一輸出波導(5)以及第二輸出波導(6)，使得所述多模波導(1)、輸入波導(4)、第一輸出波導(5)以及第二輸出波導(6)懸空。

7.如權利要求6所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述輸入波導(4)、第一輸出波導(5)、第二輸出波導(6)的有效折射率與所述亞波長光柵結構(7)的有效折射率之間的差值均大于預設值。

8.如權利要求6所述的非易失可編程的集成光子器件，其特征在于，所述第一輸出波導(5)和第二輸出波導(6)軸對稱。

9.如權利要求1-8任一項所述的非易失可編程的集成光子器件的設計方法，其特征在于，包括：

S110，隨機設置所述集成光子器件中N×M個邏輯單元(11)的初始調諧狀態；

S120，改變任一邏輯單元(11)的調諧狀態，根據所述集成光子器件在狀態改變后的目標函數與狀態改變前的目標函數，確定是否保留所述任一邏輯單元(11)的狀態改變；

S130，重復執行操作S120，以對每個邏輯單元(11)的調諧狀態進行調節；

S140，重復執行所述操作S120-操作S130，直至最后一次執行所述操作S120-操作S130時，每次狀態改變時目標函數變化量均小于預設閾值。

10.如權利要求9所述的非易失可編程的集成光子器件的設計方法，其特征在于，所述操作S120包括：

仿真獲取狀態改變前所述集成光子器件的多個性能參數，并根據狀態改變前的多個性能參數計算狀態改變前的目標函數；

改變任一邏輯單元(11)的調諧狀態，仿真獲取狀態改變后所述集成光子器件的多個性能參數，并根據狀態改變后的多個性能參數計算狀態改變后的目標函數；

當狀態改變后的目標函數優于狀態改變前的目標函數時，保留所述任一邏輯單元(11)的狀態改變，否則，將所述任一邏輯單元(11)恢復為狀態改變前的狀態。