片上光互聯(lián)的出現(xiàn)為微電子集成電路在速度、功耗、延遲、噪聲等方面的瓶頸迎來轉(zhuǎn)機。在保持優(yōu)良的性能的前提下,進而不斷減小集成光子器件的物理尺寸、實現(xiàn)高度片上光子集成,這是決定片上光互聯(lián)技術(shù)能否應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。在集成硅光子器件的設(shè)計中,反向設(shè)計方法作為一種極具潛力的方法,近年來獲得許多研究進展,但龐大的計算開銷成為限制其發(fā)展的新瓶頸。本論文提出了一種稱為“數(shù)字化伴隨法”的新型高效反向設(shè)計優(yōu)化算法,并采用此方法設(shè)計、制作、測試了單模式3-dB功率分支器和雙模式解復(fù)用器,此外還設(shè)計了更大尺寸的粗波分解復(fù)用器。本論文主要內(nèi)容如下:(1)針對數(shù)字化光子結(jié)構(gòu),基于模擬型結(jié)構(gòu)所采用的伴隨型梯度優(yōu)化算法,提出了一種新型高效的反向設(shè)計優(yōu)化算法,稱為數(shù)字化伴隨法。從光子器件設(shè)計目標(biāo)出發(fā),利用微擾理論、源與場互易性等基本理論,并采用偏置方法與三值化方法,從理論上推導(dǎo)與論證了該優(yōu)化方法;(2)采用所提出的數(shù)字化伴隨法進行單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計了對稱結(jié)構(gòu)的單模式3-dB功率分支器,尺寸為2.6μm×2.6μm,寬譜平均附加損耗為0.33 dB。此外,對該器件也進行了實際的制備和測試,性能與仿真相符合;(3)采用所提出...

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1(a)-(e)模擬型亞波長結(jié)構(gòu)及優(yōu)化算法，(f)-(i)數(shù)字型亞波長結(jié)構(gòu)及優(yōu)化算法

計方法開啟了更大的參數(shù)空間，可以通過優(yōu)化計算得到十分精細的結(jié)構(gòu)，獲得局部最優(yōu)或全局最優(yōu)解，充分利用現(xiàn)有高精度制作工藝與高性能計算能力。隨著工藝與計算能力的不斷提升，也將更深入激發(fā)反向設(shè)計方法的更多潛力。1.2反向設(shè)計算法國內(nèi)外研究進展硅基光子器件的優(yōu)化設(shè)計一般通過改變設(shè)計區(qū)域內(nèi)....

圖2-1Yee氏網(wǎng)格

、H和J均為空間的函數(shù)。的時域有限差分商業(yè)仿真軟件中，采用的時域形式，在讀取電磁場具體信息的。法，需要通過求解麥克斯韋方程組獲得空程組的解析解，因此常常采用近似方法限元法和時域有限差分法這兩種數(shù)值模進行介紹。Finite-DifferenceTime-Domain，F(xiàn)DTD）....

圖2-2(a)波長解復(fù)用器，(b)偏振復(fù)用器

級次都被束縛在了結(jié)構(gòu)內(nèi)部，因而其反射率、透射率、偏振特性、光譜特性等多學(xué)特性，與常規(guī)衍射光學(xué)器件相比，都表現(xiàn)出全然不同的特征，極具研究價值廣闊的應(yīng)用前景。2015年5月，NaturePhotonics報道了兩個采用自由形態(tài)硅基亞波長結(jié)構(gòu)的器件圖2-2所示，器件采用反向設(shè)計算法....

圖2-3類光子晶體結(jié)構(gòu)改進示意圖

中科技大學(xué)碩士學(xué)位論免了隨機位置、隨機大小、邊緣任意彎曲的問題。但是正方形像素陣列，具有許多理想的直角邊緣，這些是工像素不設(shè)邊界，因此當(dāng)多個相鄰像素同時設(shè)計為不填大刻蝕孔，觀察整個器件結(jié)構(gòu)，會發(fā)現(xiàn)在刻蝕時同樣會拉格效應(yīng)，帶來較大工藝誤差，進而對性能產(chǎn)生影響。上述....

本文編號：3970081