[发明专利]一种复杂功能片上全光器件的智能设计方法

说明书

本发明公开了一种复杂功能片上全光器件的智能设计方法，属于片上全光器件设计技术领域，本发明采用智能设计和模块化设计结合的方法，当需要设计一个功能较为复杂的器件时，先将其解构为几个简单功能子器件的组合，通过全局设计安排好这些子器件的功能、位置、耦合以及连接方式等，再利用智能设计的方法对这些简单功能子器件进行设计。这些子器件在设计时应当保持尺寸，输入输出波导等条件的一致性，这样会有利于最终复杂功能器件的组合。同时，已经设计好的基本器件结构储存在设计资料库中，可以用于未来的设计之中。因为通过智能设计得到的子模块器件尺寸极小，又通过全局设计其布局，从而可以得到超小尺寸的功能复杂的片上全光器件。

技术领域

本发明属于片上全光器件设计技术领域，更具体地，涉及一种复杂功能片上全光器件的智能设计方法。

背景技术

片上光学器件以其高速率、低功耗、小体积、易集成等突出优势，被认为是突破超大容量、超高速数据传输和处理瓶颈的最理想技术之一，近年来受到了学术界和工业界的广泛关注。然而传统的设计理念是根据电磁解析理论得到初始结构，再进行复杂的优化工作，导致器件的尺寸较大、功能单一，难以实现高集成度、功能复杂的全光器件。

智能设计是一种算法优化和电磁计算的有效结合，该方法会根据设计者赋予的目标性能在无限的结构参数空间内寻找最佳的器件结构。理论上，任意尺寸和形状的器件都可以通过智能设计的方法来实现，使得在更小的尺寸下实现器件的功能成为可能。但是在面对复杂功能器件时，使用算法直接优化得到对应的功能会极大的消耗计算资源，且无法保证算法收敛，得到最优解。模块化设计是当下各种设计最常用的方法之一，可以有效的将复杂系统通过各模块分开设计再组合得到。

因此，如何通过智能设计方法与模块化设计方法结合，进行复杂功能片上全光器件的智能设计是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种复杂功能片上全光器件的智能设计方法，通过解构功能复杂器件，利用智能设计得到其子器件，再通过全局设计得到最终功能。从而在实现片上全光器件功能复杂性的同时，实现超小尺寸。

为实现上述目的，本发明提供了一种复杂功能片上全光器件的智能设计方法，包括：

(1)将实现目标功能的器件解构为若干个子功能器件的组合；

(2)通过全局设计安排各子功能器件的功能、位置、耦合以及连接方式；

(3)利用智能设计方法对各子功能器件进行设计，得到最小尺寸的器件结构。

在一些可选的实施方案中，步骤(1)包括：

构建器件的目标功能的函数表达式，再将目标功能的函数表达式分成若干个简单函数的组合，每个简单函数代表一个子功能器件，以将实现目标功能的器件解构为若干个子功能器件的组合。

在一些可选的实施方案中，步骤(2)包括：

在设计区域内，根据各子功能器件的输入输出情况，得到各子功能器件在设计区域内的坐标，再进一步安排各子功能器件之间的耦合连接方式。

在一些可选的实施方案中，步骤(3)包括：

确定各子功能器件的功能指标，并将其转化为固定的函数形式，使各子功能器件的函数达到最优；

对各子功能器件进行电磁场数值仿真，得到其电磁场的分布和传输特性，然后根据子功能器件的目标功能得到能衡量其性能的数据；

根据能衡量各子功能器件性能的数据，利用智能算法不断迭代产生新的器件结构，在得到最优的器件结构时，算法收敛，此时就得到了最佳的器件结构。

在一些可选的实施方案中，子器件在设计时应当保持尺寸和输入输出波导条件的一致性。