[发明专利]一种用于光模分复用器的锥形结构参数优化方法及系统

权利要求书

1.一种用于光模分复用器的锥形结构参数优化方法，其特征在于，包括：

根据预设工艺容差和相位匹配条件，通过仿真软件进行建模，获取待优化光模分复用器的波导初始参数，所述波导初始参数包括待优化光模复用器的初始上侧波导宽度和初始下侧波导宽度；

基于所述初始上侧波导宽度、所述初始下侧波导宽度和预设取值范围，获取上侧波导宽度和下侧波导宽度的多组波导宽度组合，并根据多组波导宽度组合获取对应的耦合系数和下侧波导传播常数，以用于构建插值样本，具体步骤为：

基于所述初始上侧波导宽度、初始下侧波导宽度和预设取值范围，通过二维结构仿真，对所述待优化光模分复用器进行仿真，得到二维结构仿真结果，所述二维结构仿真结果包括多个上侧波导宽度和下侧波导宽度，以用于组合得到多组波导宽度组合；

根据所述二维结构仿真结果，获取每组波导宽度组合对应的耦合系数和下侧波导传播常数；

根据锥形结构耦合模公式和所述插值样本，获取所述待优化光模分复用器的锥形非对称定向耦合器的耦合性能参数，所述锥形结构耦合模公式为：

其中，A表示上侧波导的振幅常数，κ表示耦合系数，B表示下侧波导的振幅常数，β₁表示上侧波导模场的传播常数，β₂表示下侧波导模场的传播常数；并通过遗传算法对所述耦合性能参数进行处理，得到最优耦合性能参数,具体步骤为：

通过遗传算法随机生成种群，其中，种群个体的基因是由三个变量编码(W_bs，W_be，L_c)组成，三个变量分别为渐变波导始端宽度、渐变波导末端宽度与耦合长度，W_a表示锥形非对称定向耦合器的上侧波导宽度，W_bs表示锥形非对称定向耦合器的下侧波导始端宽度，W_be表示锥形非对称定向耦合器的下侧波导末端宽度，L_c表示耦合长度，g表示上侧波导和下侧波导之间的间距，对每一次生成的(W_bs，W_be，L_c)，计算优化目标函数G：

其中，T(W_ai，W_bs，W_be，L_c)表示器件透过率，定义为仅激励上侧波导时，下侧波导末端TE₁模的光功率P_TE1(L_c)，与上侧波导中输入光功率P_TEO(O)的比值，表达式为：

设置P_TEO(0)＝1，P_TE1(0)＝0，对应锥形结构耦合模公式的A(0)＝1，B(0)＝0，将(W_ai，W_bs，W_be，L_c)代入所述锥形结构耦合模公式中，得到P_TE1(L_c)＝|B(L_c)|²。

2.根据权利要求1所述的用于光模分复用器的锥形结构参数优化方法，其特征在于，所述最优耦合性能参数包括锥形非对称定向耦合器的渐变波导始端最佳宽度、渐变波导末端最佳宽度和最佳耦合长度。

3.根据权利要求1所述的用于光模分复用器的锥形结构参数优化方法，其特征在于，在所述根据锥形结构耦合模公式和所述插值样本，获取所述待优化光模分复用器的锥形非对称定向耦合器的耦合性能参数，并通过遗传算法对所述耦合性能参数进行处理，得到最优耦合性能参数之后，所述方法还包括：

根据所述最优耦合性能参数，对所述待优化光模分复用器进行优化，得到基于锥形非对称定向耦合器的光模分复用器。

4.根据权利要求1所述的用于光模分复用器的锥形结构参数优化方法，其特征在于，所述初始上侧波导宽度的基模和所述初始下侧波导宽度的高阶模式的有效折射率相等。