[发明专利]基于DBS算法的可编程任意功率分配器

说明书

本申请涉及一种基于DBS算法的可编程任意功率分配器。功率分配器在硅衬底上设计得到，包括：一个多模输入波导、两个多模输出波导和优化设计区域；优化设计区域包括信号增强区和功率控制区；信号增强区为对称结构，通过DBS算法计算信号增强区中每一个单元格的状态，信号增强区中单元格的状态包括：不打孔或第一中心孔；第一中心孔中为空气填充；功率控制区为非对称结构，通过DBS算法计算功率控制区中每一个单元格的状态，功率控制区中单元格的状态为第二中心孔；第二中心孔中填充GSST；通过外加电使得GSST的状态改变实现任意功率分裂比；GSST的状态包括：a‑GSST非晶态和c‑GSST晶态。采用上述任意功率分配器能够实现任意功率裂变比。

技术领域

本申请涉及功率器件技术领域，特别是涉及一种基于DBS算法的可编程任意功率分配器。

背景技术

近年来，随着硅光子学及其制造技术的发展，光子集成电路越来受到人们的关注。功率分配器作为集成片上光子学系统中最基本的器件之一，在许多光电路中得到了广泛的应用。功率分配器一般用于功率分配和功率组合，主要应用于平衡功率放大器、平衡混频器和天线阵列等射频电路等。传统的基于多模干涉仪的功率分配器由于其具有合理的封装足迹和易于制作等优点而得到了广泛的应用。但是其结构尺寸大，成本高，且因为是对称结构而只能实现功率的平均分配。相比于传统功率分配器，能实现任意功率比的功率分配器更有吸引力，它拥有更广泛的应用范围，如反馈电路、分接端口功率监测等。然而实现任意的分裂比是一个挑战，特别是对于多输出的器件。因而，寻找一种性能优异、成本低的任意功率分配器是目前需要解决的问题。

随着近年来算法的广泛研究，不少基于算法设计的器件突破了传统器件的对称性结构，进而实现了相比于传统功率分配器更加优异的性能。Ke Xu等人最早将DBS算法利用于片上任意功率分配器优化设计[K.Xu,L.Liu,X.Wen,W.Sun,N.Zhang,N.Yi,S.Sun,S.Xiao,and Q.Song,“Integrated photonic power divider with arbitrary powerratios,”Optics Lett.42,855(2017).]。然而这种基于算法的任意功率分配并不能改变它的分裂比值，是在硅结构上打上空气孔，在固定结构上实现功率的分裂比，一个结构只能实现一个分裂比，若要实现另一个比值的功率分配，需要重新制备一个器件，成本非常高，这对于光子集成电路的有效集成存在一定的阻碍。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决任意功率裂变比的基于DBS算法的可编程任意功率分配器。

一种基于DBS算法的可编程任意功率分配器，所述功率分配器在硅衬底上设计得到，包括：一个多模输入波导、两个多模输出波导和优化设计区域；

所述优化设计区域包括信号增强区和功率控制区；所述优化设计区域由若干个单元格组成；

所述信号增强区为对称结构，通过DBS算法计算所述信号增强区中每一个单元格的状态，所述信号增强区中单元格的状态包括：不打孔或第一中心孔；所述第一中心孔中为空气填充；

所述功率控制区为非对称结构，通过DBS算法计算所述功率控制区中每一个单元格的状态，所述功率控制区中单元格的状态为第二中心孔；所述第二中心孔中填充GSST；通过外加电使得GSST的状态改变实现任意功率分裂比；其中，GSST的状态包括：a-GSST非晶态和c-GSST晶态。

在其中一个实施例中，还包括：随机设置所述单元格的状态；第一中心孔或第二中心孔表示0，不打孔表示1；

根据两个多模输出波导的透过率，设置目标函数；

逐一改变每个所述单元格的状态，若所述目标函数的输出值增大，则保留所述像素点的状态，若否则设置为原始值，直到所述目标函数的最大，确定所述单元格的状态。

在其中一个实施例中，根据两个多模输出波导的透过率，设置信号增强区的目标函数为：