[發明專利]一種基于外觀輪廓調控的片上光子器件的設計方法

在審

• 申請號: 202011109468.6
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112329209A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 徐科;盛建誠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/25;G06N3/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

本發明提供了一種基于外觀輪廓調控的片上光子器件的設計方法，其包括：確定器件的功能，設計目標以及設計區域；將設計區域內器件的外觀輪廓離散為若干個點；利用插值法在上一步離散點的基礎上還原器件的外觀輪廓曲線，并取代其原有的外觀輪廓曲線；利用搜索算法對這些離散點進行迭代搜索，設計區域內的外觀輪廓也隨之改變，直至該器件滿足設計目標。采用本發明的技術方案，拓展了片上光子器件的設計方法和設計維度，滿足片上光子器件對于更寬帶寬、更高誤差容忍度以及更小尺寸的要求，實現了更多功能、更高標準、更小尺寸的設計目標，并且大大提升了收斂速度。

技術領域

本發明屬于片上光子器件設計技術領域，尤其涉及一種基于外觀輪廓調控的片上光子器件的設計方法。

背景技術

目前，對設定區域內完整的硅結構進行參數化離散，然后結合搜索算法進行片上光子器件設計是一種較主流的設計方法，但該方法僅僅是在設定區域內進行優化設計，而且為了追求更高的性能，離散硅結構的尺寸往往比較小，而小尺寸的硅結構往往會對器件的帶寬，以及最終制備時的誤差容忍度有很大的影響。同時，對于大尺寸器件而言，小尺寸的離散硅結構也意味著更大的參數空間，相應的搜索算法也就無法同時兼顧搜索效率與全局最優解，而對于小尺寸的器件而言，為了能夠使得優化區內包含足夠的離散硅結構來滿足我們所需的功能，器件的結構也就不可能太小。因此，現有的片上光子器件的設計方法一方面限制了器件的設計維度，不能滿足片上光子器件對于更寬帶寬、更高誤差容忍度以及更小尺寸的要求，另一方面也在對于全局最優解的搜索上耗費了大量時間。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種基于外觀輪廓調控的片上光子器件的設計方法，實現對片上光子器件的外觀輪廓優化以及快速的收斂，節約了時間。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種基于外觀輪廓調控的片上光子器件的設計方法，其包括：

步驟S1，確定待設計片上光子器件的功能、設計目標以及外觀輪廓的待設計區域；

步驟S2，在待設計區域內初始的外觀輪廓曲線上離散地取N個點，記為L₁-L_N；

步驟S3，使用插值法對L₁-L_N進行插值，還原待設計區域內初始的外觀輪廓曲線，并且用插值還原的外觀輪廓曲線取代待設計區域內初始的外觀輪廓曲線；由于此時的外觀輪廓曲線由L₁-L_N插值而來，因此L₁-L_N的變動也會引起外觀輪廓的變化，從而導致器件功能數值的改變。

步驟S4，使用全局優化算法對L₁-L_N的位置進行迭代搜索，并且實時監控其最優解所對應的評價因子的值；

步驟S5，當步驟S4中最優解所對應評價因子的值在前后兩次更新迭代中的差值小于設定閾值時，停止全局優化算法并記錄此時搜索到的最優解；

步驟S6，在邊緣輪廓滿足物理制備條件的限度內，對步驟S5搜索到的最優解的L₁-L_N中每個點的位置進行依次的改變，每一次改變后驗證器件的功能數值，若改變后器件的功能數值更加接近設計目標，則保留相應的改變，若遠離，則舍棄相應的改變；重復上述對于L₁-L_N的改變，直至器件的功能數值達到步驟S1中的設計目標。

采用此技術方案，將設計區域內器件的外觀輪廓離散為若干個點，利用插值法在上一步離散點的基礎上還原器件的外觀輪廓曲線，并取代其原有的外觀輪廓曲線，并利用搜索算法對這些離散點進行迭代搜索，設計區域內的外觀輪廓也隨之改變，直至該器件滿足設計目標，這樣就可以在任意變化外觀曲線的基礎上，通過快速收斂的組合算法來實現片上光子器件的外觀輪廓優化。該設計方法拓展了片上光子器件的設計方法和設計維度，為實現更多樣的功能以及更高的設計目標提供了思路。