[发明专利]一种数字型集成光子器件仿真方法和系统

说明书

本发明公开了一种数字型集成光子器件仿真方法和系统，属于集成光子器件技术领域。所述方法包括，在器件待优化区域内设置同等形状和大小且相对介电常数可变的单元；获取正向仿真下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；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；通过进行三值化处理，使待优化区域内所有单元均能采用目标材料制造。本发明大大减少了器件仿真过程中的计算量，仿真效率高，且器件性能得以有效提高。

技术领域

本发明属于集成光子器件技术领域，更具体地，涉及一种数字型集成光子器件仿真方法和系统。

背景技术

微电子集成电路遵循摩尔定律已发展至瓶颈阶段，片上光互联作为突破这一瓶颈的关键技术快速发展，具有广阔前景。在片上光互联技术的发展中，在保证性能达到一定标准的同时，需要设计出物理尺寸更小的器件，以达到片上更高的集成度，这样才能实现片上光互联技术的更好应用，近年来，逆向设计仿真方法在优化器件性能和减少计算量方面不断提升和发展，在集成光子器件的设计仿真领域得到了广泛应用。

目前常规的集成光子器件，主要分为模拟型和数字型结构。其中，模拟型结构通常采用拓扑优化方法、伴随法、粒子群算法等具有梯度导向的逆向设计优化方法，由于对优化区域内的刻蚀图案限制较少，会产生形状、大小、位置随机的刻蚀图案，因此模拟型集成光子器件需要在仿真中设置十分精细的网格，导致计算开销过大；此外逆向设计优化方法会产生具有并不存在的中间介质或者不规则边界的结构，工艺刻蚀中通常难以制作，且不同大小、形状的刻蚀孔会形成不同的刻蚀深度，对器件性能产生较大影响。

数字型结构具有周期性的结构单元，每个单元内介质可以选择填充或刻蚀，各个结构单元的排列组合可以获得不同的器件性能，并且每个单元的位置固定，形状规则且统一，可以有效避免位置随机和形状大小不规则的刻蚀孔带来的工艺难度与工艺误差。因此，采用数字型结构在工艺上更为可行，但是数字型结构的仿真通常采用轮询式的暴力搜索算法，计算量非常庞大，当器件尺寸增大时，计算量将呈指数倍增，极大地影响了器件的仿真效率。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种数字型集成光子器件仿真方法和系统，旨在解决现有数字型光电子器件在仿真时存在计算量过大，导致仿真效率低的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种数字型集成光子器件仿真方法，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；

所述二值化对应用于制造器件的两种目标材料的相对介电常数。