[發明專利]面向衍射光學設計自動化的電磁仿真方法以及系統

在審

• 申請號: 202310077756.5
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN116306233A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 景友亮;周平強
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G02B27/00;G06F30/10
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 倪靜

本發明提供一種面向衍射光學設計自動化的電磁仿真方法以及系統，通過面向衍射光學設計自動化的復雜結構體的標準衍射單元的標準衍射模型，復雜結構體的衍射場就可以快速且準確地預測出來，不需要借助傳統的電磁仿真工具，從而克服了傳統電磁仿真工具在內存及速度上的瓶頸。并且極大地加速了復雜結構體的電磁仿真時間，且對計算機內存的要求不高；還由于通過采用先進的反向傳播優化算法進行電磁優化，進而可以實現快速迭代地優化復雜結構體的衍射場。

技術領域

本發明涉及電磁仿真技術領域，特別是涉及一種面向衍射光學設計自動化的電磁仿真方法及系統。

背景技術

在電磁仿真領域中，人們常用的技術手段有：有限元方法(FEM)、有限差分法(FDM)、有限體積法(FVM)等等。這些仿真技術需要將仿真結構進行網格剖分，然后基于剖分的網格進行電磁仿真的數值計算。隨著仿真結構的規模不斷擴大，需要的計算機內存及計算時間也快速增加。因此，這些電磁仿真技術方法極大受限于仿真結構規模，對于大型復雜的結構體的電磁仿真遇到了極大的挑戰。與此同時，對于大型結構體的電磁優化問題，人們往往對參數化復雜結構進行參數掃描，然后對其結果進行分析，進而得到了最佳復雜結構參數。然而對于大型復雜的結構體而言，所需要的優化的參數多，人們需要進行參數掃描的次數也極大增加，進而導致電磁優化成本十分高。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種面向衍射光學設計自動化的電磁仿真方法及系統，用于解決以上現有技術問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種面向衍射光學設計自動化的電磁仿真方法，所述方法包括：構建面向衍射光學設計自動化且基于反向傳播算法進行電磁優化的復雜結構體；基于所述復雜結構體預測所述復雜結構體的衍射場；其中，所述復雜結構體包括：多個標準衍射單元，形成多層衍射區，用于通過將前層區的衍射場耦合并衍射至下一層衍射區形成后層區，以傳遞不同層衍射區的衍射光；并且其中，每個標準衍射單元對應構建一標準衍射模型，用于對所述復雜結構體的衍射場進行預測。

于本發明的一實施例中，所述標準衍射單元包括：用于傳播衍射光的波導區域及用于隔離衍射光的隔離區域；其中，所述波導區域的材料比所述隔離區域的材料折射率高。

于本發明的一實施例中，所述衍射模型包括：光耦合過程模塊，用于將前層區的衍射場耦合進對應標準衍射單元的所述波導區域；光傳播過程模塊，連接所述光耦合過程模塊，用于將耦合進硅波導的衍射光衍射到波導區域的末端；光去耦合過程模塊，連接所述光傳播過程模塊，用于將衍射到波導區域的末端的衍射光去耦合到后層區，進而形成后層區的衍射場。

于本發明的一實施例中，所述復雜結構體還包括：框架單元，用于傳播由各層衍射區的標準衍射單元去耦合形成的衍射光；多個冗余單元，用于吸收衍射光，以減少衍射光在層與層衍射區間的反射；其中，所述框架單元具有分別對應各層衍射區的隔離軌道，用于放置對應各層衍射區的各標準衍射單元以及冗余單元；且每個標準衍射單元的輸入為上層衍射區的隔離軌道中所有標準衍射單元在當前標準衍射單元位置上衍射場的求和。

于本發明的一實施例中，所述復雜結構體的構建方式包括：確定需構建的復雜結構體的功能規格；設置各標準衍射單元的邏輯衍射關系；基于所述邏輯衍射關系獲得對應所述復雜結構體的初始化衍射單元布局；基于所述反向傳播算法，根據功能規格以及初始化衍射單元布局形成對應所述復雜結構體的全局衍射單元布局并進行合理化；基于合理化的全局衍射單元布局，在復雜結構體中填充冗余單元；基于單元密度規則，檢查經各冗余單元填充后的復雜結構體的單元密度是否滿足單元密度要求；驗證滿足單元密度要求的復雜結構體的衍射場是否達到確定的功能規格；若達到功能規格，固化復雜結構體形成最終的復雜結構體。

于本發明的一實施例中，設置各標準衍射單元的邏輯衍射關系包括：選擇需應用的各標準衍射單元；基于采用的衍射區層數確定框架單元的隔離軌道數，以供在各隔離軌道放置對應層衍射區的標準衍射單元形成初始化衍射單元布局。