数字型硅基亚波长光子器件的高效反向设计研究

发布时间：2024-05-11 15:39

　　片上光互联的出现为微电子集成电路在速度、功耗、延迟、噪声等方面的瓶颈迎来转机。在保持优良的性能的前提下,进而不断减小集成光子器件的物理尺寸、实现高度片上光子集成,这是决定片上光互联技术能否应用的关键挑战。在集成硅光子器件的设计中,反向设计方法作为一种极具潜力的方法,近年来获得许多研究进展,但庞大的计算开销成为限制其发展的新瓶颈。本论文提出了一种称为“数字化伴随法”的新型高效反向设计优化算法,并采用此方法设计、制作、测试了单模式3-dB功率分支器和双模式解复用器,此外还设计了更大尺寸的粗波分解复用器。本论文主要内容如下:(1)针对数字化光子结构,基于模拟型结构所采用的伴随型梯度优化算法,提出了一种新型高效的反向设计优化算法,称为数字化伴随法。从光子器件设计目标出发,利用微扰理论、源与场互易性等基本理论,并采用偏置方法与三值化方法,从理论上推导与论证了该优化方法;(2)采用所提出的数字化伴随法进行单目标优化设计,设计了对称结构的单模式3-dB功率分支器,尺寸为2.6μm×2.6μm,宽谱平均附加损耗为0.33 dB。此外,对该器件也进行了实际的制备和测试,性能与仿真相符合;(3)采用所提出...

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1(a)-(e)模拟型亚波长结构及优化算法，(f)-(i)数字型亚波长结构及优化算法

计方法开启了更大的参数空间，可以通过优化计算得到十分精细的结构，获得局部最优或全局最优解，充分利用现有高精度制作工艺与高性能计算能力。随着工艺与计算能力的不断提升，也将更深入激发反向设计方法的更多潜力。1.2反向设计算法国内外研究进展硅基光子器件的优化设计一般通过改变设计区域内....

图2-1Yee氏网格

、H和J均为空间的函数。的时域有限差分商业仿真软件中，采用的时域形式，在读取电磁场具体信息的。法，需要通过求解麦克斯韦方程组获得空程组的解析解，因此常常采用近似方法限元法和时域有限差分法这两种数值模进行介绍。Finite-DifferenceTime-Domain，FDTD）....

图2-2(a)波长解复用器，(b)偏振复用器

级次都被束缚在了结构内部，因而其反射率、透射率、偏振特性、光谱特性等多学特性，与常规衍射光学器件相比，都表现出全然不同的特征，极具研究价值广阔的应用前景。2015年5月，NaturePhotonics报道了两个采用自由形态硅基亚波长结构的器件图2-2所示，器件采用反向设计算法....

图2-3类光子晶体结构改进示意图

中科技大学硕士学位论免了随机位置、随机大小、边缘任意弯曲的问题。但是正方形像素阵列，具有许多理想的直角边缘，这些是工像素不设边界，因此当多个相邻像素同时设计为不填大刻蚀孔，观察整个器件结构，会发现在刻蚀时同样会拉格效应，带来较大工艺误差，进而对性能产生影响。上述....

本文编号：3970081