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【发明授权】一种基于边界逆设计的任意分光比光耦合器的设计方法_宁波大学_202210496318.8 

申请/专利权人:宁波大学

申请日:2022-05-09

公开(公告)日:2023-05-30

公开(公告)号:CN114967120B

主分类号:G02B27/00

分类号:G02B27/00;G02B6/26

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2023.05.30#授权;2022.09.16#实质审查的生效;2022.08.30#公开

摘要:本发明公开了一种基于边界逆设计的任意分光比光耦合器的设计方法,特点是包括设计光耦合器的初始结构为从左到右依次包括一个输入波导、一个连接输入和输出波导的耦合器以及两个输出波导并在耦合器上、下边界处各插入若干个离散边界优化点x的步骤;利用耦合器上、下两个输出端口对应的品质因数变化值与边界优化点x的计算公式对若干个边界优化点x在y轴上的位置进行迭代计算,直至相邻两次迭代间ΔFOM1和ΔFOM2均小于1×10‑5,且上下两个输出端口对应的品质因数之比达到所需分光比的光耦合器,总FOM趋近于1,优点是耗时短、设计效率高且设计复杂度相对较低,设计的光耦合器具有尺寸小、损耗低和工作宽带大的良好性能。

主权项:1.一种基于边界逆设计的任意分光比光耦合器的设计方法,其特征在于包括以下步骤:1设计光耦合器的初始结构为从左到右依次包括一个输入波导、一个连接输入和输出波导的耦合器以及两个输出波导;2建立平面坐标系,在所述的连接输入和输出波导的耦合器上、下边界处各插入若干个离散边界优化点x;3定义品质因数表示为两个输出波导处的横电基模的归一化功率之和,如下所示:FOM=∑FOMii=1,2,其中FOM1和FOM2相应别为上下两个输出波导横截面S处的横电基模TE0的归一化功率,在软件中直接测得;4将光从输入波导沿x轴传输至上、下两个输出波导,利用三维时域有限差分法对耦合器进行第一次正向传输模拟,能够得到优化点x处光场Eoldx;5将输入波导处的初始光源置于上方输出波导沿y轴的横截面S上,逆向传输至优化点x,利用三维时域有限差分法对耦合器进行第二次逆向传输模拟,得到优化点x处的光场E1adjx;将输入波导处的初始光源置于下方输出波导沿y轴的横截面S上,逆向传输至优化点x,利用三维时域有限差分法对耦合器进行第三次的逆向传输模拟,得到优化点x处的光场E2adjx;6根据三次的模拟结果,计算耦合器上、下两个输出端口对应的品质因数变化ΔFOM1和ΔFOM2,通过分析得到ΔFOM1和ΔFOM2与所有边界优化点x的关系,计算公式如下:ΔFOM1=ΔεxEoldxE1adjx,ΔFOM2=ΔεxEoldxE2adjx,其中Δεx是优化点x在y轴上的位置发生变化后引起的介电常数的微小变化;Eoldx是第一次正向传输模拟时得到的优化点x处光场;E1adjx是第二次逆向传输模拟时,光源在上方输出波导逆向传输至优化点x处的场;E2adjx是第三次逆向传输模拟时,光源在下方输出波导逆向传输至优化点x处的场;7通过不断地调整优化点x在y轴方向上的位置来对耦合器进行边界形状优化,具体为在Python编程语言中,利用步骤6计算公式对若干个边界优化点x在y轴上的位置进行迭代计算,直至相邻两次迭代间ΔFOM1和ΔFOM2均小于1×10-5,且上下两个输出端口对应的品质因数FOM1和FOM2之比达到所需分光比的光耦合器,总品质因数FOM趋近于1,即获得所需分光比的光耦合器。

全文数据:

权利要求:

百度查询: 宁波大学 一种基于边界逆设计的任意分光比光耦合器的设计方法

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