硅光器件的逆设计基础研究

发布时间：2023-06-19 18:57

　　硅基光子学将光子器件硅片化、小型化,并与纳米电子器件相集成,成为实现高集成度光子芯片的最佳选择。随着目前高精度纳米制造工艺的发展,光子器件的逆向设计方式被提出。这种设计思路大大增加了器件结构设计的可能性,理论上可以拥有任意的尺寸和形状,结构的多样性为器件实现新型功能打造了更广阔的可操作性。因此,逆设计研究具有非常重要的意义。论文主要研究逆设计方式实现方法,以及基于逆设计的器件功能拓展,主要包括以下内容:(1)详细分析了逆设计方法整体设计过程。逆设计器件仿真主要由MATLAB编程的待求解问题定义模块和器件结构优化模块、python编程的电磁场求解模块组成,详述了各模块的作用以及相互数据传输流程。总结了逆设计仿真过程:一是生成过程,用来定义各类初始结构参数和器件的目标性能;二是优化过程,主要包括全局优化、局部优化、二值优化;三是电磁场求解过程,详述了FDFD求解算法;四是验证过程,导入Lumerical验证器件性能。(2)在逆设计平台上进行优化技术的研究,拓展器件功能。首先对器件的设计区域进行优化,主要包括修改设计区域形状和进行多区域优化。将设计区域形状修改为圆形或矩形,探究不同设计区域形...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 硅光器件的发展进程
    1.2 传统光波导器件设计方式
    1.3 逆设计器件设计方式
        1.3.1 逆设计的思路和优势
        1.3.2 逆设计研究现状
    1.4 本论文的主要内容
第二章 逆设计的理论与分析研究
    2.1 逆设计生成过程
        2.1.1 初始结构参数的数学定义
        2.1.2 器件目标性能的数学定义
    2.2 逆设计优化过程
        2.2.1 全局优化
        2.2.2 局部优化
        2.2.3 二值优化
    2.3 电磁场求解过程
        2.3.1 电磁场求解算法
        2.3.2 电磁场求解步骤
    2.4 逆设计验证过程
    2.5 本章小结
第三章 逆设计仿真平台的优化技术研究
    3.1 设计区域优化及结果
        3.1.1 修改设计区域形状
        3.1.2 分离多个设计区域
    3.2 光源正向传播和逆向传播
        3.2.1 隔离器可行性探究
        3.2.2 正反向通光模式转换器可行性探究
    3.3 本章小结
第四章 基于逆设计平台的新型功能器件研究
    4.1 新型T型偏振分束器的研究
        4.1.1 T型偏振分束器的概述及应用
        4.1.2 T型偏振分束器性能分析及试验结果
        4.1.3 T型偏振分束器性能拓展
    4.2 基于逆设计的波导和光纤垂直耦合器的研究
        4.2.1 光纤与波导耦合现状
        4.2.2 单模光纤和波导垂直耦合的研究及结果
        4.2.3 少模光纤和波导垂直耦合的研究及结果
    4.3 本章小结
第五章 总结和展望
    5.1 论文工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
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本文编号：3834933