硅基光子學將光子器件硅片化、小型化,并與納米電子器件相集成,成為實現(xiàn)高集成度光子芯片的最佳選擇。隨著目前高精度納米制造工藝的發(fā)展,光子器件的逆向設計方式被提出。這種設計思路大大增加了器件結構設計的可能性,理論上可以擁有任意的尺寸和形狀,結構的多樣性為器件實現(xiàn)新型功能打造了更廣闊的可操作性。因此,逆設計研究具有非常重要的意義。論文主要研究逆設計方式實現(xiàn)方法,以及基于逆設計的器件功能拓展,主要包括以下內(nèi)容:(1)詳細分析了逆設計方法整體設計過程。逆設計器件仿真主要由MATLAB編程的待求解問題定義模塊和器件結構優(yōu)化模塊、python編程的電磁場求解模塊組成,詳述了各模塊的作用以及相互數(shù)據(jù)傳輸流程�？偨Y了逆設計仿真過程:一是生成過程,用來定義各類初始結構參數(shù)和器件的目標性能;二是優(yōu)化過程,主要包括全局優(yōu)化、局部優(yōu)化、二值優(yōu)化;三是電磁場求解過程,詳述了FDFD求解算法;四是驗證過程,導入Lumerical驗證器件性能。(2)在逆設計平臺上進行優(yōu)化技術的研究,拓展器件功能。首先對器件的設計區(qū)域進行優(yōu)化,主要包括修改設計區(qū)域形狀和進行多區(qū)域優(yōu)化。將設計區(qū)域形狀修改為圓形或矩形,探究不同設計區(qū)域形...

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 硅光器件的發(fā)展進程
    1.2 傳統(tǒng)光波導器件設計方式
    1.3 逆設計器件設計方式
        1.3.1 逆設計的思路和優(yōu)勢
        1.3.2 逆設計研究現(xiàn)狀
    1.4 本論文的主要內(nèi)容
第二章 逆設計的理論與分析研究
    2.1 逆設計生成過程
        2.1.1 初始結構參數(shù)的數(shù)學定義
        2.1.2 器件目標性能的數(shù)學定義
    2.2 逆設計優(yōu)化過程
        2.2.1 全局優(yōu)化
        2.2.2 局部優(yōu)化
        2.2.3 二值優(yōu)化
    2.3 電磁場求解過程
        2.3.1 電磁場求解算法
        2.3.2 電磁場求解步驟
    2.4 逆設計驗證過程
    2.5 本章小結
第三章 逆設計仿真平臺的優(yōu)化技術研究
    3.1 設計區(qū)域優(yōu)化及結果
        3.1.1 修改設計區(qū)域形狀
        3.1.2 分離多個設計區(qū)域
    3.2 光源正向傳播和逆向傳播
        3.2.1 隔離器可行性探究
        3.2.2 正反向通光模式轉(zhuǎn)換器可行性探究
    3.3 本章小結
第四章 基于逆設計平臺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應用
        4.1.2 T型偏振分束器性能分析及試驗結果
        4.1.3 T型偏振分束器性能拓展
    4.2 基于逆設計的波導和光纖垂直耦合器的研究
        4.2.1 光纖與波導耦合現(xiàn)狀
        4.2.2 單模光纖和波導垂直耦合的研究及結果
        4.2.3 少模光纖和波導垂直耦合的研究及結果
    4.3 本章小結
第五章 總結和展望
    5.1 論文工作總結
    5.2 工作展望
參考文獻
致謝
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本文編號：3834933