基于移動漸近線算法的大角度偏轉分束器的智能設計

黃輝 胡晨巖 田梓聰 繆秋霞 王慧琴

1) (南昌大學物理系,南昌 330031)

2) (上海工程技術大學數理與統計學院,上海 201620)

光分束器是片上集成光子芯片的一個重要組成部分,常規分束多以T 型、Y 型、樹型輸出為主,往往分束角度和分束效率不能兼顧,難以同時實現高效和大角度的分束.本文在移動漸近算法基礎上,結合材料插值與有限元法,形成了一種計算速度更快、容量更小的適應于微納光子器件設計的新智能算法,成功地設計出一尺寸為1 μm×2 μm 的大角度偏轉分束器,實現了光束180°直線分離,分束比近似1∶1,總效率達90%以上.相比同樣尺寸的幾種常規分束器,該分束器的效率高出近1 倍甚至更高.本智能算法還適用于光偏振分光、路由器、光隔離器等多種無源光子器件的設計,為高密度片上集成微納光子器件的設計提供了一種思路和借鑒.

1 引言

光子芯片是以光為載體進行信息輸運和處理的集成器件,因其體積小、重量輕、功耗低等優點成為當今最熱門的研究課題[1,2].分束器是片上集成的一個重要組成部分.對于常規的分束元件而言,多以Y 型、樹型分支輸出為主,常用干涉原理來實現[3],但這類分束器光的傳播方向不能實現大角度偏折,因此只能用于簡單常規分束.而在進行光的中繼加載、光放大、泵浦、頻率上轉換等場合,往往需要在不影響主體光路的前提下進行垂直加載.一般情況下,要完成大角度偏轉分束,通常需要增加反射鏡來實現,如:完成雙側……