[发明专利]一种数字型集成光子器件仿真方法和系统

权利要求书

1.一种数字型集成光子器件仿真方法，其特征在于，包括：

(1)确定器件待优化区域，并将所述待优化区域分为多个像素，每个像素内设置同等形状和大小且相对介电常数可变的单元；

(2)获取正向仿真下用于表征器件输出性能的品质因数与各单元正向电场E，获取伴随仿真下各单元的伴随电场E^A，并根据所述正向电场E和所述伴随电场E^A对各单元相对介电常数进行迭代更新；

(3)重复执行步骤(2)直至所述品质因数收敛；

(4)获取正向仿真下各单元正向电场获取伴随仿真下各单元的伴随电场并根据用于制造器件的两种目标材料相对介电常数、所述正向电场和所述伴随电场对各单元相对介电常数进行线性偏置；

(5)重复执行步骤(4)直至所有单元相对介电常数趋于二值化；

其中，所述正向仿真是指在器件输入端设置光源，获取优化区域内的电场以及输出端的输出；

所述伴随仿真是指在器件输出端设置电偶极源和磁偶极源，获取优化区域内的电场；

所述二值化对应所述两种目标材料相对介电常数。

2.根据权利要求1所述的一种数字型集成光子器件仿真方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述根据所述正向电场E和所述伴随电场E^A对各单元相对介电常数进行迭代更新，具体为：

通过公式对各单元相对介电常数进行迭代更新；

其中和分别为更新后和更新前的相对相对介电常数，Δ为控制收敛速度的变量，Δ＝1/max[Re(E·E^A)]。

3.根据权利要求1或2所述的一种数字型集成光子器件仿真方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述根据目标材料相对介电常数、所述正向电场和所述伴随电场对各单元相对介电常数进行线性偏置，具体为：

通过公式对各单元相对介电常数进行线性偏置；

其中为线性偏置后的相对介电常数，c为调整线性偏置程度的常数，0＜c＜1，为线性偏置前的相对介电常数，为两种目标材料相对介电常数的平均值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种数字型集成光子器件仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：对相对介电常数处于二值化中间位置的单元进行三值化处理，使待优化区域内所有单元均能采用目标材料制造。

5.根据权利要求4所述的一种数字型集成光子器件仿真方法，其特征在于，所述三值化处理具体包括：

将两种目标材料的相对介电常数之间范围划分为三段；

相对介电常数处于第一段的单元，填充为相对介电常数较小的目标材料；

相对介电常数处于第二段的单元，填充为相对介电常数较小的目标材料，并减小其尺寸，以避免器件性能大幅下降；

相对介电常数处于第三段的单元，填充为相对介电常数较大的目标材料。

6.一种数字型集成光子器件仿真系统，其特征在于，包括：优化区域构建模块、迭代更新模块和线性偏置模块；

所述优化区域构建模块，用于确定器件待优化区域，并将所述待优化区域分为多个像素，每个像素内设置同等形状和大小且相对介电常数可变的单元；

所述迭代更新模块，用于获取正向仿真下用于表征器件输出性能的品质因数与各单元正向电场E，获取伴随仿真下各单元的伴随电场E^A，并根据所述正向电场E和所述伴随电场E^A对各单元相对介电常数进行迭代更新，直至所述品质因数收敛；

所述线性偏置模块，用于获取正向仿真下各单元正向电场获取伴随仿真下各单元的伴随电场并根据目标材料相对介电常数、所述正向电场和所述伴随电场对各单元相对介电常数进行线性偏置，直至所有单元相对介电常数趋于二值化。

7.根据权利要求6所述的一种数字型集成光子器件仿真系统，其特征在于，所述系统还包括：三值化处理模块；

所述三值化处理模块，用于对相对介电常数处于二值化中间位置的单元进行三值化处理，使待优化区域内所有单元均能采用目标材料制造。

8.根据权利要求7所述的一种数字型集成光子器件仿真系统，其特征在于，所述三值化处理模块包括，区间划分子模块和分区处理子模块；

所述区间划分子模块，用于将两种目标材料的相对介电常数之间范围划分为三段；

所述分区处理子模块，用于将相对介电常数处于第一段的单元，填充为相对介电常数较小的目标材料；将相对介电常数处于第二段的单元，填充为相对介电常数较小的目标材料，并减小其尺寸，以避免器件性能大幅下降；将相对介电常数位于第三段的单元，填充为相对介电常数较大的目标材料。