[发明专利]一种1×N分波/合波器优化方法

摘要

本发明公开了一种1×N分波/合波器优化方法，包括：步骤1确定1×N分波/合波器的性能要求、尺寸要求和工艺条件，步骤2用有限元法进行模式分析，确定输入、输出波导的宽度和矩形耦合区域的初始宽度，从几何库中选择可用刻蚀基元的形状及尺寸，步骤3确定矩形耦合区域的优化尺寸参数和优化次数，分别对各优化尺寸参数下的矩形耦合区域进行优化，然后计算波谱目标函数的值，将波谱目标函数值最小的优化尺寸参数作为矩形耦合区域的尺寸参数，步骤4根据可用刻蚀基元的形状及尺寸，将矩形耦合区域划分为若干个正方形网格，在矩形耦合区域上按照由右向左、由中间向两边的方式确定每个正方形网格的处理方案，最终确定矩形耦合区域的几何结构。

主权项

一种1×N分波/合波器优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1确定1×N分波/合波器的性能要求、尺寸要求和工艺条件，所述性能要求为在N个工作波长λ1～λN下，输入到输入端口的功率为单位功率时，输出到输出端口p(p＝1，2，3，…，N)的目标功率为N个，即为ap1，ap2，ap3，…，apN，取值均在[0，1]之间，且(q＝1，2，3，…，N)；所述尺寸要求为矩形耦合区域的最大尺寸，包括矩形耦合区域的最大长度Lmax和最大宽度Wmax；所述工艺条件包含两部分，第一部分是波导各部分的折射率，包括衬底折射率ns，芯层折射率no和包层折射率nc，所述芯层折射率大于衬底折射率和包层折射率，即no＞ns且no＞nc，第二部分是刻蚀工艺的特征尺寸，包括最小刻蚀精度dmin和最小刻蚀直径Dmin，步骤2根据所述工艺条件中波导各部分的折射率，用有限元法进行模式分析，确定1×N分波/合波器中输入波导、输出波导的宽度W和矩形耦合区域的初始宽度W0，根据工艺条件中刻蚀工艺的特征尺寸，从几何库中选择可用刻蚀基元的形状及尺寸，步骤3首先确定矩形耦合区域的优化尺寸参数和优化次数，所述优化尺寸参数包括矩形耦合区域的长度和宽度；然后按照以下方法分别对各优化尺寸参数下的矩形耦合区域进行优化：调用三维全矢量束传播法或时域有限差分法对由输入波导、矩形耦合区域、输出波导构成的1×N分波/合波器结构进行传输分析，得到输出到输出端口1和输出端口2的实际功率，然后计算波谱目标函数的值，将波谱目标函数值最小的优化尺寸参数作为矩形耦合区域的尺寸参数；步骤4根据步骤2确定的可用刻蚀基元的形状及尺寸，将步骤3优化的矩形耦合区域划分为若干个正方形网格，在所述矩形耦合区域上按照由右向左、由中间向两边的方式对每个正方形网格，根据以下方式确定其处理方案，最终确定矩形耦合区域的几何结构：a)不对正方形网格中的材料分布进行处理，直接调用三维全矢量束传播法或时域有限差分法对由输入波导、矩形耦合区域、输出波导构成的1×N分波/合波器结构进行传输分析，得到输出到输出端口1和输出端口2的实际功率，计算波谱目标函数的值；b)对于该正方形网格中的材料分布，基于所述步骤2确定的可用刻蚀基元的形状及尺寸，去掉基底材料后，调用三维全矢量束传播法或时域有限差分法对由输入波导、矩形耦合区域、输出波导构成的1×N分波/合波器结构进行传输分析，得到输出到输出端口1和输出端口2的实际功率，计算波谱目标函数的值；c)比较所述步骤a)和步骤b)得到的波谱目标函数值，将波谱目标函数值较小的材料分布作为该正方形网格中材料分布的处理方案。