绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法及其装置、设备与流程

1.本发明实施例涉及但不限于硅基光子集成芯片技术领域，尤其涉及一种绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

[0002]“绝热”，表示波导(或势阱)的参数缓慢变化时，其原本在某个模式(如本征态)的光场(波函数)在变化结束后依然保持在对应的那个模式(如本征态)的现象。
[0003]
绝热耦合器(adc)是硅基光子集成芯片中可用于代替2
×
2多模干涉耦合器或普通方向耦合器的结构，有着低损耗、大范围波长平坦性的特点。绝热耦合器可以被分为输入段、绝热段和输出段。输入段的两个波导呈一宽一窄设计，并且两个波导相距较远，基本没有耦合，只是起到确定波导宽度和弯曲靠近的作用；输出段的两个波导对称分离，只需要波导弯曲半径足够大以不产生损耗即可；而绝热段则是占据绝热耦合器的主要长度的部分。
[0004]
然而，由于需要保证工艺的稳定性，绝热耦合器的耦合区波导的最小间距无法选取太小的值，例如耦合区波导的最小间距在300nm以上时，绝热耦合器的量产性能较为一致。当耦合区波导之间的间隔增大时，耦合效率会降低，从而会导致绝热段需要更缓慢的宽度变化，从而会导致绝热耦合器的长度更长，此时，如果采用参数线性变化的方法设计绝热耦合器，会导致绝热耦合器所需的长度过长，难以在硅基光子集成芯片中布局。因此，需要寻找更优的设计方法以达到减小绝热耦合器的长度的目的。


技术实现要素：

[0005]
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0006]
本发明实施例提供了一种绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质，能够在绝热耦合波导段符合绝热要求的情况下，减小绝热耦合器的长度。
[0007]
第一方面，本发明实施例提供了一种绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法，包括：
[0008]
获取绝热耦合波导段的初始参数，根据所述初始参数确定所述绝热耦合波导段的初始模型，所述初始模型包括第一耦合波导和第二耦合波导，所述第一耦合波导和所述第二耦合波导之间设置有间隙；
[0009]
将所述绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，计算所述绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，其中，n为正整数；
[0010]
获取参数曲线，所述参数曲线对应于所述间隙的宽度随所述绝热耦合波导段的长度变化；
[0011]
获取所述n个小段对应于所述参数曲线的长度间隔，将所述长度间隔结合所述耦合效率，计算当前所述绝热耦合波导段的传输效率；
[0012]
修改所述参数曲线的形状，更新所述绝热耦合波导段的传输效率。
[0013]
第二方面，本发明实施例还提供了一种处理装置，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面所述的绝热耦合波导段设计方法。
[0014]
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括有如上第二方面所述的处理装置。
[0015]
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上所述的绝热耦合波导段设计方法。
[0016]
本发明实施例包括：获取绝热耦合波导段的初始参数，根据初始参数确定绝热耦合波导段的初始模型，初始模型包括第一耦合波导和第二耦合波导，第一耦合波导和第二耦合波导之间设置有间隙；将绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，计算绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，其中，n为正整数；获取参数曲线，参数曲线对应于间隙的宽度随绝热耦合波导段的长度变化；获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，将长度间隔结合耦合效率，计算当前绝热耦合波导段的传输效率；修改参数曲线的形状，更新绝热耦合波导段的传输效率。根据本发明实施例提供的方案，通过将对应于参数曲线的绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，计算绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，并获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，将长度间隔结合耦合效率，计算当前绝热耦合波导段的传输效率，通过修改参数曲线的形状而对绝热耦合波导段的形状进行调节，从而更新绝热耦合波导段的传输效率。在整个设计过程中，采用了非线性的参数变化方式来调整参数曲线的形状，因此，相对于相关技术中采用参数线性变化的方式设计绝热耦合波导段，本发明实施例的方案能够在绝热耦合波导段符合绝热要求的情况下，减小绝热耦合波导段的长度，从而能够减小绝热耦合器的长度。
[0017]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0018]
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
[0019]
图1是本发明一个实施例提供的需要进行设计的绝热耦合器的示意图；
[0020]
图2是本发明一个实施例提供的绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法的流程图；
[0021]
图3是本发明另一实施例提供的绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法的流程图；
[0022]
图4是本发明一个实施例提供的获取第一映射关系的表格方法的示意图；
[0023]
图5是本发明另一实施例提供的绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法的流程图；
[0024]
图6是本发明一个实施例提供的初始模型和辅助模型的剖视图；
[0025]
图7是本发明另一实施例提供的需要进行设计的绝热耦合波导段的示意图；
[0026]
图8是本发明一个实施例提供的经过优化后的参数曲线的示意图；
[0027]
图9是绝热耦合波导段长度为300μm的3db线性绝热耦合器的分光比测试结果图；
[0028]
图10是采用本发明实施例的设计方法进行优化后的绝热耦合波导段长度为250μm的3db绝热耦合器的分光比测试结果图。
具体实施方式
[0029]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]
需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0031]
绝热耦合器可以被分为输入段100、绝热耦合波导段200和输出段300，如图1所示，输入段100的两个波导呈一宽一窄设计，并且两个波导相距较远，基本没有耦合，只是起到确定波导宽度和弯曲靠近的作用；输出段300的两个波导对称分离，只需要波导弯曲半径足够大以不产生损耗即可；而绝热耦合波导段200则是占据绝热耦合器的主要长度的部分，绝热耦合波导段200包括相互靠近的第一耦合波导210和第二耦合波导220，第一耦合波导210和第二耦合波导220之间设置有间隙230。
[0032]
由于需要保证生产工艺的稳定性，绝热耦合器的绝热耦合波导段中两个耦合波导之间的间隙的最小值无法选取太小的值，例如两个耦合波导之间的间隙的最小值在300nm以上时，绝热耦合器的性能较为稳定。当两个耦合波导之间的间隙增大时，耦合效率会降低，从而会导致绝热耦合波导段需要更缓慢的宽度变化，才能够保持绝热的要求，从而会导致绝热耦合器的长度更长，此时，如果采用参数线性变化的方法设计绝热耦合器，则会导致绝热耦合器所需的长度过长，从而难以在硅基光子集成芯片中布局。
[0033]
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法、装置、设备及计算机可读存储介质，首先，获取绝热耦合波导段的初始参数，根据初始参数确定绝热耦合波导段的初始模型，其中，初始模型包括第一耦合波导和第二耦合波导，第一耦合波导和第二耦合波导之间设置有间隙；接着，通过将对应于参数曲线的绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，计算绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，并获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，将长度间隔结合耦合效率，计算当前绝热耦合波导段的传输效率，通过修改参数曲线的形状而对绝热耦合波导段的形状进行调节，从而更新绝热耦合波导段的传输效率。在整个设计过程中，采用了非线性的参数变化方式来调整参数曲线的形状，因此，相对于相关技术中采用参数线性变化的方式设计绝热耦合波导段，本发明实施例的方案能够在绝热耦合波导段符合绝热要求的情况下，减小绝热耦合波导段的长度，从而能够减小绝热耦合器的长度。
[0034]
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
[0035]
如图2所示，图2是本发明一个实施例提供的绝热耦合器的绝热耦合波导段设计方法的流程图，该绝热耦合波导段设计方法包括但不限于有步骤s100、步骤s200、步骤s300、步骤s400和步骤s500。
[0036]
步骤s100，获取绝热耦合波导段的初始参数，根据初始参数确定绝热耦合波导段的初始模型，初始模型包括第一耦合波导和第二耦合波导，第一耦合波导和第二耦合波导之间设置有间隙。
[0037]
在一实施例中，绝热耦合波导段的初始参数包括第一耦合波导的第一起始宽度和第一终点宽度、第二耦合波导的第二起始宽度和第二终点宽度，以及间隙的第三起始宽度和第三终点宽度。因此，当确定了绝热耦合波导段的初始参数后，即可确定绝热耦合波导段的初始形状，即初始模型。其中，第一耦合波导的第一终点宽度和第二耦合波导的第二终点宽度相等。
[0038]
在一实施例中，可以根据绝热耦合波导段的起始端的模式有效折射率、生产工艺对绝热耦合波导段的末尾端的最小间隙宽度限制，以及绝热耦合器的分光设计目标，从而确定绝热耦合波导段的初始参数。
[0039]
步骤s200，将绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，计算绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，其中，n为正整数。
[0040]
在一实施例中，将绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，其中每个小段之间的宽度变化为δg，其中n＝|w
end-w
start
|/δg，w
end
是间隙的起始宽度(即第三起始宽度)，w
start
是间隙的终点宽度(即第三终点宽度)，当宽度变化δg的取值较小时，每一个小段都可以被认为宽度接近不变。当将绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段后，即可计算绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率。
[0041]
在一实施例中，可以通过本征模展开(eigenmode expansion，eme)进行仿真数值模拟，从而计算每个小段的波导本征模式及相邻两个小段的波导本征模式之间的耦合效率，从而可以得到绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，从而便于后续步骤利用该耦合效率计算得到传输效率。
[0042]
步骤s300，获取参数曲线，参数曲线对应于间隙的宽度随绝热耦合波导段的长度变化。
[0043]
在一实施例中，参数曲线可以有不同的实施方式，例如可以为圆弧拼接曲线，也可以为贝塞尔曲线，可以根据实际应用情况而进行适当的选择，本实施例对此并不作具体限定。
[0044]
值得注意的是，参数曲线对应于间隙的宽度随绝热耦合波导段的长度变化，因此，可以认为参数曲线对应于第一耦合波导于间隙中的边缘形状，或者可以认为参数曲线对应于第二耦合波导于间隙中的边缘形状。由于绝热耦合器中的绝热耦合波导段具有对称性，因此可以认为对应于第一耦合波导于间隙中的边缘形状的参数曲线，和对应于第二耦合波导于间隙中的边缘形状的参数曲线，互为镜像对称，所以，当确定了其中一条参数曲线，即可对应的获得另一条参数曲线。
[0045]
步骤s400，获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，将长度间隔结合耦合效率，计算当前绝热耦合波导段的传输效率。
[0046]
在一实施例中，由于参数曲线对应于耦合波导于间隙中的边缘形状，而n个小段为通过将绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分而得到，因此，可以获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，并将长度间隔结合耦合效率，从而计算当前绝热耦合波导段的传输效率。
[0047]
值得注意的是，由于参数曲线对应于耦合波导于间隙中的边缘形状，因此可以认
为参数曲线处于根据绝热耦合波导段的长度方向和间隙的宽度方向而对应建立的长度-宽度坐标系中。所以，获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，可以有不同的实施方式，例如，可以根据参数曲线所在的坐标系，并结合参数曲线在该坐标系中的坐标信息，获得n个小段对应于参数曲线的长度间隔；又如，可以将各个小段的前后间隙宽度作为自变量插值到参数曲线，得到分别对应前后间隙宽度的两个长度位置，两个长度位置的差值为当前小段对应于参数曲线的长度间隔。
[0048]
在一实施例中，当获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔后，可以将长度间隔赋予每个小段对应已计算好的各波导本征模式以确定各波导本征模式的相位信息，例如，将每个小段的前宽度wi和后宽度w
i 1
，作为自变量插值到参数曲线中，即可得到每个小段前宽度wi对应的长度位置li，和后宽度w
i 1
对应的长度位置l
i 1
，则每个小段的长度间隔为δli＝l
i 1-li，(i＝1,2,
…
,n)。接着，将每个小段的长度间隔δli代入到各自小段的对应的已经计算好的波导本征模式中，即可确定对应的波导本征模式的相位信息，然后，把该相位信息结合各截面间各波导本征模式的耦合效率构成完整的传输矩阵，即可快速地得到当前绝热耦合波导段的传输效率。
[0049]
步骤s500，修改参数曲线的形状，更新绝热耦合波导段的传输效率。
[0050]
在一实施例中，由于在步骤s300中所获取到的参数曲线并不一定是最优的参数曲线，因此需要修改参数曲线的形状，以便于更新绝热耦合波导段的传输效率，使得与参数曲线对应的绝热耦合波导段的传输效率能够满足设计的需求。
[0051]
在一实施例中，由于修改了数曲线的形状，因此绝热耦合波导段的形状也会对应发生变化，所以，需要对应更新绝热耦合波导段的传输效率，以便于判断修改后的参数曲线所对应的绝热耦合波导段的传输效率是否符合设计要求。
[0052]
在一实施例中，当需要更新绝热耦合波导段的传输效率时，先获取各个小段对应于修改后的参数曲线的长度间隔，接着将长度间隔赋予每个小段对应已计算好的各波导本征模式以确定各波导本征模式的相位信息，然后结合各截面间各波导本征模式的耦合效率构成完整的传输矩阵，从而更新绝热耦合波导段的传输效率。
[0053]
在一实施例中，通过采用包括有上述步骤s100、步骤s200、步骤s300、步骤s400和步骤s500的绝热耦合波导段设计方法，使得在进行绝热耦合波导段的设计时，将对应于参数曲线的绝热耦合波导段按等间隙宽度间隔划分为n个小段，计算绝热耦合波导段各截面间各波导本征模式的耦合效率，并获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，将长度间隔结合耦合效率，计算当前绝热耦合波导段的传输效率，通过修改参数曲线的形状而对绝热耦合波导段的形状进行调节，从而更新绝热耦合波导段的传输效率。在整个设计过程中，采用了非线性的参数变化方式来调整参数曲线的形状，因此，相对于相关技术中采用参数线性变化的方式设计绝热耦合波导段，本实施例能够在绝热耦合波导段符合绝热要求的情况下，减小绝热耦合波导段的长度，从而能够减小绝热耦合器的长度。
[0054]
另外，在一实施例中，参照图3，步骤s100中的根据初始参数确定绝热耦合波导段的初始模型，可以包括但不限于有以下步骤：
[0055]
步骤s110，根据第一起始宽度至第一终点宽度的变化关系和第三起始宽度至第三终点宽度的变化关系得到第一映射关系，或者根据第二起始宽度至第二终点宽度的变化关系和第三起始宽度至第三终点宽度的变化关系得到第二映射关系；
[0056]
步骤s120，根据第一映射关系或者第二映射关系得到绝热耦合波导段的初始模型。
[0057]
在一实施例中，确定绝热耦合波导段的初始模型，需要先确定第一耦合波导和第二耦合波导的宽度随长度的变化关系，以及间隙的宽度随绝热耦合波导段的长度的变化关系，即，需要先确定第一起始宽度至第一终点宽度的变化关系w1(z)、第二起始宽度至第二终点宽度的变化关系w2(z)和第三起始宽度至第三终点宽度的变化关系g(z)，其中，w1为第一耦合波导的宽度，w2为第二耦合波导的宽度，g为间隙的宽度，z为绝热耦合波导段的长度。由于绝热耦合波导段具有对称性，因此可以设置w1(z)和w2(z)同时反向变化直到变为一致，即，w1(z)和w2(z)相加的和会保持不变，所以，在具体设计过程中，只需要确定w1(z)和w2(z)中的一个即可，因此可以降低设计的时间，从而可以提高设计的效率。
[0058]
在一实施例中，可以利用本征模展开进行绝热耦合波导段的设计，由于本征模展开对于给定波导截面的结构进行每一段的长度扫描仿真较为迅速，因此可以先根据w1(z)和g(z)得到第一映射关系w1(g)，或者先根据w2(z)和g(z)得到第二映射关系w2(g)，然后根据w1(g)或者w2(g)得到绝热耦合波导段的初始模型。当确定w1(g)或者w2(g)后，即确定了光信号在绝热耦合波导段中传播时所经历的每一个波导截面的形状(每个间隙的宽度g均对应特定的两个波导宽度w1和w2)，因此，可以确定了绝热耦合波导段的初始模型，接着，在后续步骤中可以通过优化g(z)而得到符合设计要求的绝热耦合波导段。
[0059]
在一实施例中，可以通过参数线性变化的方式获取第一映射关系w1(g)或者第二映射关系w2(g)，也可以采用参数非线性变化的方式获取w1(g)或者w2(g)，本实施例对此并不作具体限定。例如，当采用参数非线性变化的方式获取w1(g)，可以采用如图4所示的表格方法获取w1(g)。具体方法如下：首先，把第一耦合波导的宽度w1随间隙的宽度g变化的参数制作成如图4所示的表格，在如图4所示的表格中，行坐标为对波导的宽度变化的扫描，列坐标为对间隙的宽度变化的扫描，表格中没有填充数值的格点表示w
1-g参数，表格中填充有数值的格点表示两个w
1-g参数之间进行变化时所需的绝热长度系数。表格中每相邻两个w
1-g参数(包括对角线相邻)所对应的两个波导截面之间通过奇偶模式重叠积分的方式获得对应的两个耦合效率，而这两个耦合效率则用于表征两个w
1-g参数之间绝热变化时所需的绝热长度系数。因此，通过在表格中寻找绝热耦合波导段的起始格点参数和终点格点参数之间的绝热长度系数的累加最短路线，即可得到第一映射关系w1(g)。如图4所示，对应于w1[0]和g[0]的格点为绝热耦合波导段的起始格点，对应于w1[3]和g[3]的格点为绝热耦合波导段的终点格点，因此，图4中的虚线路径表示线性变化的第一映射关系w1(g)，而实线路径则表示从起始格点参数到终点格点参数的非线性变化的总绝热长度系数最小路径，此时，根据实线路径所经过的填充有数值的格点，可以得到该最小路径的总绝热长度系数为1 1 2 1＝5，即，可以得到总绝热长度最短的第一映射关系w1(g)。
[0060]
另外，在一实施例中，参照图5，步骤s300中的获取参数曲线，可以包括但不限于有以下步骤：
[0061]
步骤s310，建立与绝热耦合波导段的长度方向和间隙的宽度方向对应的长度-宽度坐标系；
[0062]
步骤s320，在长度-宽度坐标系中随机生成一条参数曲线，参数曲线在设定的长度范围和间隙宽度范围内，参数曲线包括曲线控制点。
[0063]
在一实施例中，参数曲线的曲线控制点的坐标是随机生成的，所以，参数曲线的形状也是随机的。此外，也可以根据设定的预设长度范围和预设间隙宽度范围由系统自动生成默认的参数曲线。在生成参数曲线后，由于该参数曲线并不一定是最优的参数曲线，因此可以通过调节曲线控制点的坐标而改变参数曲线的形状，由于曲线控制点的坐标为2维数组，因此可以很方便地进行调节，例如，可以人为的调整曲线控制点的坐标数值，也可以通过设置系统算法进行调节，如通过设置数值改变的步长自动进行遍历等。
[0064]
另外，在一实施例中，步骤s500中的修改参数曲线的形状，可以包括但不限于有以下步骤：
[0065]
通过修改参数曲线的曲线控制点的坐标，对参数曲线的形状进行修改。
[0066]
在一实施例中，通过调节曲线控制点的坐标修改参数曲线的形状，当参数曲线的形状改变后，对应的绝热耦合波导段的形状也会发生变化。在相关技术中，当绝热耦合波导段的形状变化后，需要重新仿真计算绝热耦合波导段的结构，而本实施例中，由于绝热耦合波导段的起始宽度和终点宽度均不变(第一耦合波导的第一起始宽度和第一终点宽度、第二耦合波导的第二起始宽度和第二终点宽度、间隙的第三起始宽度和第三终点宽度均不变)，因此，通过曲线控制点对参数曲线的形状进行控制，无需重建参数曲线的公式及公式系数，参数曲线的形状变化只会影响到n个小段中每个小段的长度间隔，而步骤s400中已经计算好每个小段的波导本征模式及相邻两个小段的波导本征模式之间的耦合效率，因此，只需要将因为参数曲线的形状变化而改变的每个小段的长度间隔赋予已经计算好的波导本征模式中，即可快速地更新绝热耦合波导段的传输效率。
[0067]
另外，在一实施例中，该绝热耦合波导段设计方法还包括但不限于有以下步骤：
[0068]
不断修改参数曲线的形状，直至绝热耦合波导段的传输效率满足预设条件，获得对应的优选参数曲线。
[0069]
在一实施例中，通过不断修改参数曲线的形状并仿真与该参数曲线的形状对应的绝热耦合波导段的传输效率，直至传输效率满足预设条件后，对应的参数曲线即为优选参数曲线，该优选参数曲线对应的绝热耦合波导段的形状为最优的形状。
[0070]
在一实施例中，预设条件可以为传输效率大于某一预设阈值。绝热耦合波导段的传输效率满足预设条件，指的是绝热耦合波导段的模式损耗很低，绝热耦合波导段的奇偶模式保持绝热。
[0071]
另外，在一实施例中，不断修改参数曲线的形状，可以包括但不限于有以下步骤：
[0072]
通过优化算法修改参数曲线的曲线控制点的坐标，优化参数曲线的形状。
[0073]
在一实施例中，为了提高优化的速度，可以通过优化算法对参数曲线进行修改优化，例如可以采用粒子群优化算法(particle swarm optimization，pso)或神经网络算法对参数曲线进行优化。
[0074]
值得注意的是，粒子群优化算法是一种基于种群的搜索过程，其中每个个体称作微粒，定义为在多维搜索空间中待优化问题的潜在解，保存有其历史最优位置和所有粒子的最优位置的记忆以及速度。在每一演化代，微粒的信息被组合起来调整速度关于每一维上的分量，继而被用来计算新的微粒位置。微粒在多维搜索空间中不断改变它们的状态，直到到达平衡或最优状态，或者超过了计算限制为止。
[0075]
在一实施例中，当采用粒子群优化算法优化参数曲线，首先将曲线控制点的坐标
作为随机初始化粒子初始化种群和速度，然后通过计算对应的绝热耦合波导段的传输效率寻找个体极值和群体极值，不断更新个体的速度和位置，直至满足终止条件，得到与最优的绝热耦合波导段的传输效率对应的曲线控制点的坐标，从而确定对应的参数曲线和绝热耦合波导段的形状。
[0076]
在一实施例中，当采用神经网络算法优化参数曲线，首先将绝热耦合波导段的初始参数，即第一耦合波导的第一起始宽度和第一终点宽度、第二耦合波导的第二起始宽度和第二终点宽度，以及间隙的第三起始宽度和第三终点宽度，输入至训练好的神经网络算法中，获得与最优的绝热耦合波导段的传输效率对应的参数曲线。其中，神经网络模型的训练需要构建训练集，训练集包括多个绝热耦合波导段的初始参数及其对应的最优传输效率的参数曲线。
[0077]
上述粒子群优化算法以及神经网络算法均是本领域技术人员的已知技术，在此不再赘述。
[0078]
另外，在一实施例中，该绝热耦合波导段设计方法还包括但不限于有以下步骤：
[0079]
根据初始模型获得辅助模型，初始模型和辅助模型均与参数曲线对应。
[0080]
在一实施例中，为了解决生产过程中的加工容差的问题，参照图6，可以通过改变波导的高度而获得对应的辅助模型，由于初始模型和辅助模型均与参数曲线对应，因此在修改参数曲线时，不仅需要初始模型中的绝热耦合波导段的传输效率满足预设条件(即绝热条件)，还需要辅助模型中的绝热耦合波导段的传输效率也满足预设条件，因此，可以提高设计的鲁棒性。
[0081]
在一实施例中，可以在初始模型的基础上，通过改变绝热耦合波导段中的两个波导的高度，或者通过改变底部平板波导的高度，或者通过在绝热耦合波导段的两个波导的宽度上相比预定值减小或增加一个固定值等方式，以模仿在流片加工时可能发生的波导物理形状偏差情况，从而得到辅助模型。值得注意的是，辅助模型的数量可以为一个，也可以为两个以上，可以根据实际应用情况进行适当的选择，本实施例对此并不作具体限定。
[0082]
在一实施例中，初始模型和辅助模型的长度相等，因此可以被同时一致的分别按等间隙宽度间隔划分成n个小段，接着，分别计算初始模型和辅助模型各截面间各波导本征模式的耦合效率。当计算得到初始模型和辅助模型各截面间各波导本征模式的耦合效率后，针对初始模型和辅助模型，均执行如下步骤：获取n个小段对应于参数曲线的长度间隔，将长度间隔结合耦合效率，计算当前绝热耦合波导段的传输效率。因此，可以得到对应于初始模型的绝热耦合波导段的传输效率以及对应于辅助模型的绝热耦合波导段的传输效率。
[0083]
在一实施例中，在得到对应于初始模型的绝热耦合波导段的传输效率以及对应于辅助模型的绝热耦合波导段的传输效率后，可以修改参数曲线的形状，以同步更新初始模型和辅助模型的传输效率，只有当初始模型和辅助模型的传输效率均满足设计的需求时，对应的参数曲线才为最优的参数曲线。
[0084]
另外，在一实施例中，该绝热耦合波导段设计方法还包括但不限于有以下步骤：
[0085]
不断修改参数曲线的形状，直至初始模型和辅助模型的传输效率均满足预设条件，获得对应的优选参数曲线。
[0086]
在一实施例中，通过不断修改参数曲线的形状并仿真与该参数曲线的形状对应的初始模型和辅助模型的传输效率，直至初始模型和辅助模型的传输效率均满足预设条件
后，对应的参数曲线即为优选参数曲线。
[0087]
在一实施例中，由于对参数曲线的调整需要同时满足初始模型和辅助模型的传输效率，而辅助模型为初始模型的误差模型，因此可以对初始模型的传输效率和辅助模型的传输效率分别结合不同的权重，以得到传输效率的加权平均值，并把该加权平均值记为平均传输效率。因此，不断调整参数曲线的曲线控制点的坐标，优化参数曲线的形状，直到该平均传输效率满足预设条件后，例如该平均传输效率达到或超过预设效率阈值，此时，即可获得对应的优选参数曲线，从而可以得到满足设计要求的绝热耦合波导段。
[0088]
为了更加清楚的说明上述实施例中的绝热耦合波导段设计方法的处理流程，下面以具体的示例进行说明。
[0089]
示例一：
[0090]
使用一个芯层高度为220nm、平板波导高度为150nm的波导结构设计如图1所示的3db分光绝热耦合器的绝热耦合波导段，该绝热耦合波导段的长度为l＝250μm。
[0091]
整个设计过程可以分为六个步骤：步骤一至步骤三用于确定绝热耦合波导段的模型参数，步骤四用于建立绝热耦合波导段模型，步骤五用于将绝热耦合波导段模型和参数曲线对应，步骤六用于对参数曲线进行优化。
[0092]
本示例的3db分光绝热耦合器的绝热耦合波导段中，如图7所示，包括有3个主要参数：波导宽度w(w1和w2)、间隙宽度g以及波导长度z。因此，可以先确定w与g的关系，然后确定g与z的关系，从而完整的确定绝热耦合波导段的参数。
[0093]
步骤一：确定绝热耦合波导段中的第一耦合波导的第一起始宽度w1(0)和第一终点宽度w1(l)、第二耦合波导的第二起始宽度w2(0)和第二终点宽度w2(l)，以及间隙的第三起始宽度g(0)和第三终点宽度g(l)，其中，l为绝热耦合波导段的长度(即第一耦合波导和第二耦合波导的长度)。
[0094]
由于绝热耦合器是3db分光，因此w1(l)和w2(l)相等，即w1(l)＝w2(l)＝(w1(0) w2(0))/2，而g(0)则需要使奇偶模式的有效折射率和单根波导本身的有效折射率相等(即两个波导没有耦合)，另外，g(l)则受到生产工艺的一致性限制，因此g(l)为最小的可取的间隙宽度。
[0095]
步骤二：确定波导宽度与间隙宽度从起始端到终点端的变化关系w1(g)或w2(g)。
[0096]
其中，w1(g)和w2(g)可以是线性变化，也可以采用如图4所示的表格方法获取，此处不再赘述。当确定波导宽度与间隙宽度从起始端到终点端的变化关系w1(g)或w2(g)后，即可得到绝热耦合波导段的初始模型。
[0097]
步骤三：考虑加工容差，在初始模型的基础上，通过改变绝热耦合波导段中的两个波导的高度，生成两个波导高度不同的辅助模型，如图6所示，得到绝热耦合波导段的三个仿真结构。
[0098]
步骤四：将三个仿真结构同步划分为等间隙宽度间隔δg的n个小段，并通过本征模展开计算每个小段的波导本征模式及相邻两个小段的波导本征模式之间的耦合效率。值得注意的是，在对初始模型进行划分时，也需要对两个辅助模型在相同的位置同时进行划分，因此可以同时对三个仿真结构进行耦合效率的计算。
[0099]
步骤五：获取在g-z坐标系中预设长度范围内和预设间隙宽度范围内的参数曲线，以及用于控制该参数曲线的形状的曲线控制点，该参数曲线对应于g-z变化。根据所划分的
n小段的首尾间隙值，通过插值的方式获得n个小段对应于调节后的参数曲线的长度间隔δz，然后将该长度间隔δz赋予每个小段对应已计算好的波导本征模式得到对应的相位信息，接着根据长度间隔δz对应的相位信息和耦合效率可以得到三个仿真结构的传输效率，从而可以较快地更新这三个仿真结构的奇偶模式传输效率。
[0100]
步骤六：对三个仿真结构的传输效率分别结合不同的权重，得到传输效率的加权平均值，并把该加权平均值记为平均传输效率。通过改变曲线控制点的坐标以调节参数曲线的形状，可以较快地算出对应于不同参数曲线(即g(z))的仿真结构的平均传输效率，根据该平均传输效率，通过修改参数曲线直至对应的平均传输效率优于设计要求的预设效率阈值，例如平均传输效率达到或超过预设效率阈值，从而可以获得对应的优选参数曲线。如图8所示，图8为经过优化后的参数曲线(即g(z))。值得注意的是，在改变曲线控制点的坐标以调节参数曲线的形状时，可以使用粒子群优化算法或者神经网络模型等方式寻找最优曲线控制点或者优化参数曲线直到评价函数优于目标优化参数即可。
[0101]
如图9和图10所示，图9为绝热耦合波导段长度为300μm的3db线性绝热耦合器的分光比测试结果图，图10为采用本示例的方法进行优化后的绝热耦合波导段长度为250μm的3db绝热耦合器的分光比测试结果图，对比图9和图10的测试结果可知，即使3db线性绝热耦合器中的绝热耦合波导段的长度为300μm，但仍然没有达到绝热的要求；而采用本示例的绝热耦合波导段设计方法进行优化后的3db绝热耦合器，虽然绝热耦合波导段的长度仅为250μm，但分光比较为接近3db，因此具有较好的绝热效果，所以，采用本示例的绝热耦合波导段设计方法进行绝热耦合波导段的设计，可以在绝热耦合波导段符合绝热要求的情况下，减小绝热耦合波导段的长度，从而可以减小绝热耦合器的长度。
[0102]
另外，本发明的一个实施例还提供了一种处理装置，该处理装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。
[0103]
处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
[0104]
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0105]
实现上述实施例的绝热耦合波导段设计方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的绝热耦合波导段设计方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤s100至s500、图3中的方法步骤s110至s120、图5中的方法步骤s310至s320。
[0106]
另外，本发明的一个实施例还提供了一种计算设备，该计算设备包括有如上实施例中的处理装置。其中，该计算设备可以为个人电脑、平板、手机等本地计算设备，也可以是云服务器、局域网服务器、云主机等云端计算设备。
[0107]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0108]
此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述处理装置实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的绝热耦合波导段设计方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤s100至s500、图3中的方法步骤s110至s120、图5中的方法步骤s310至s320。
[0109]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0110]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。