基于逆向设计的非对称合解波芯片

1.本发明公开基于逆向设计的非对称合解波芯片，涉及光通信和集成光电子器件技术，属于光学元件、系统或仪器技术领域。


背景技术：

2.随着互联网高清数据流的剧增，用户终端对通信容量的需求呈现极大的增长趋势。过去几十年，光通信系统为通信容量的提高做出重要贡献。波分复用(wavelength division multiplexing，wdm)技术的发明和广泛商用满足了人们对数据流量的需求。传统wdm系统所用的波段集中在c波段，难以满足未来通信需求。为进一步增加系统容量，光通信系统必将可用波段拓展至o e s c l波段，实现全波段波分复用技术方案。
3.为构建全波段波分复用系统，需要研究对应的全波段合解波芯片。传统的合解波芯片一般局限于c波段，难以覆盖o e s l波段。由于光纤内部“水峰”的存在，光纤传输损耗在o e s c l波段不均匀且非线性，尤其在e波段存在高传输损耗“水峰”。为实现输出波导透过率非均匀的合解波功能，需要提出全波段非对称合解波技术，针对每个波长精细调节其输出特性，实现全波段非均匀输出。
4.目前，非对称合解波技术绝大部分基于薄膜型器件，体积较大、稳定性差、波长拓展性较差。为进一步提高非对称合解波性能，基于光子集成技术的非对称合解波芯片成为新选择。硅基光子集成芯片具有高光电性能且尺寸紧凑、成本低，并且与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)制造工艺相兼容。但是硅基光子集成技术存在的色散问题，限制了高性能非对称合解波芯片的实现。传统基于正向设计的硅基光子集成技术受制于其结构原理，无法实现超小型大规模光电子器件。
5.近几年，基于逆向设计的光子集成器件相继被提出，可以实现更高集成度的波分复用器件、超紧凑谐振腔、模式复用器件。但是目前逆向设计的光子集成器件通道数目一般较少，无法实现多通道非对称合解波功能。因此，确有必要提出新型基于逆向设计的非对称合解波芯片以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供基于逆向设计的非对称合解波芯片，通过逆向设计和硅基光子集成技术，实现超高集成度和性能稳定的非对称合解波芯片，实现全波段透过率或波长间隔非均匀输出的发明目的，提高信号传输密度，增加光纤利用率，延长传输距离，解决薄膜型非对称合解波芯片体积大、稳定性差、波长拓展性差的技术问题。
7.本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
8.基于逆向设计的非对称合解波芯片，包括：第一级非对称合解波单元、至少n个第二级对称合解波单元；第一非对称合解波单元具有一个输入波导和至少n m个输出波导，不同波长的一组光信号从第一级非对称合解波单元的输入波导输入，第一级非对称合解波单
元的n个输出波导分别输出一组波长不同但透过率相同的光信号至一个第二对称合解波单元，第一级非对称合解波单元的m个输出波导分别输出透过率不同的m个光信号中的一个光信号，n和m均为大于或等于1的整数。
9.可选地，第一级非对称合解波单元的m个输出波导中的一个输出波导接有第n 1个第二级对称合解波单元，透过率不同的m个光信号中的至少两个光信号经第一级非对称合解波单元的m个输出波导中的一个输出波导传输至第n 1个第二级对称合解波单元的输入波导，第n 1个第二级对称合解波单元的输出波导波分输出透过率不同的m个光信号中的至少两个光信号。
10.可选地，第一级非对称合解波单元的n个输出波导中的至少一个输出波导与第三级对称合解波单元的输入波导连接，第一级非对称合解波单元的n个输出波导中一个输出波导输出的一组波长不同但透过率相同的光信号中的部分光信号传输至一个第三级对称合解波单元，所述第三级对称合解波单元波分输出一组波长不同但透过率相同的光信号中的部分光信号。
11.第一级非对称合解波单元、第二级对称合解波单元和第三级对称合解波单元内部的功能区基于逆向设计算法设计，由亚微米或纳米量级的亚单元构成。
12.利用逆向设计算法，如直接二进制算法(direct binary search，dbs)对第一级非对称合解波单元功能区、第二级对称合解波单元功能区、第三级对称合解波单元功能区优化设计。三个功能区为矩形且内部引入多个亚波长单元，每个亚波长单元的材料可以是二氧化硅或硅，也可以是二氧化硅或掺杂二氧化硅，分别对应绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)平台和硅上二氧化硅(silica-on-silicon，sos)平台。首先，随机设置亚波长单元材料种类；然后给出其fom，如下：
13.fom＝fom(o1)
…
fom(o
m p
)
…
fom(o
m p q 1
) fom(o
m p q 2
)
…
fom(o
m p q r
) fom(o
m p q s 1
)
…
fom(o
m p q s w
)，
14.其中：
[0015][0016][0017][0018]
[0019][0020][0021][0022][0023][0024]
fom函数是根据合解波单元各输出波导的实际输出光损耗与目标输出光损耗差值最小为目标建立的max函数，合解波单元输出波导实际输出光损耗通过为输出波导、输入波导对相同波长光信号的透光率之比。
[0025]
接着，进而遍历每一个亚波长单元，计算并比较fom的大小变化，选择性保留fom较大的材料类型；通过多次迭代遍历全部亚波长单元，给出功能区最佳结构。
[0026]
作为本发明的进一步改进，第一级非对称合解波单元可实现多波长非对称、不同损耗分波。第二级对称合解波单元和第三级对称合解波单元均为对称合解波单元，可实现多波长均匀、等损耗分波。
[0027]
作为本发明的进一步改进，第一级非对称合解波单元功能区、第二级对称合解波单元功能区和第三级对称合解波单元功能区的尺寸均为平方微米或平方毫米量级。
[0028]
作为本发明的进一步改进，非对称合解波芯片可实现o e s c l波段内部多波长分波，波长数目可以为6、7、8、9、10、12、16、18、32、48、55、64、128等，波长输出特性可调；该芯片内部工作模式可以为横电模，也可以为横磁模；模阶数可以为基模，也可以为高阶模。
[0029]
作为本发明的进一步改进，第一级非对称合解波单元与第二级对称合解波单元通过s型弯曲波导连接，其内部可低损耗通过多种波长。
[0030]
作为本发明的进一步改进，第一级非对称合解波单元、第二级对称合解波单元和第三级对称合解波单元的输入波导均设置于中心位置，输出波导均匀排布。
[0031]
作为本发明的进一步改进，非对称合解波芯片可基于绝缘体上硅、硅上二氧化硅、inp、gaas、聚合物、铌酸锂、金刚石、硫系材料平台中的任意一种平台，采用半导体工艺批量制备非对称合解波芯片。
[0032]
作为本发明的进一步改进，非对称合解波芯片可基于dbs算法、半约束算法、粒子群算法、水平集方法、密度拓扑优化、基本梯度算法、梯度下降算法与遗传算法、深度学习的逆向设计算法优化各合解波单元功能区的结构，可实现更高效率、更小尺寸和更高器件性能的设计。
[0033]
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0034]
(1)本发明的非对称合解波芯片可以覆盖光通信系统中的全波段(o e s c l波段)，实现全波段能量非均衡波分，基于逆向设计可使得芯片结构超紧凑，输出波长间隔可调，每个波长的透过率非均匀，信道间隔串扰小，性能稳定，设计简单。
[0035]
(2)本发明的非对称合解波芯片扩展性强，可实现两波长至多波长的任意选择，设计简单的评价函数能够实现超紧凑芯片的高效优化设计，通过非对称和对称合解波单元级联结构可实现多通道多波长非对称合解波的功能。
[0036]
(3)本发明的非对称合解波芯片采用硅材料制备合解波单元功能区，能够基于成熟的半导体工艺大规模批量化制备所提出的芯片。
附图说明
[0037]
图1是本发明非对称合解波芯片的拓扑结构示意图。
[0038]
图2是本发明实施例1中非对称合解波芯片的具体结构示意图。
[0039]
图3是本发明实施例1中第一级非对称合解波单元的结构示意图。
[0040]
图4是本发明实施例1中第二级对称合解波单元002的结构示意图。
[0041]
图5是本发明实施例1中第二级对称合解波单元006的结构示意图。
[0042]
图6是本发明实施例1中非对称合解波芯片的输出波谱图。
[0043]
图7是本发明实施例2中非对称合解波芯片的具体结构示意图。
[0044]
图8是本发明实施例2中非对称合解波芯片的输出波谱图。
[0045]
图中标号说明：001为第一级非对称合解波单元，002、004、005、006、007为第二级对称合解波单元，003、008为第三级对称合解波单元，101为第一级非对称合解波单元输入波导，102为第一级非对称合解波单元功能区，103～106为第一级非对称合解波单元输出波导，201为第二级对称合解波单元002的输入波导，202为第二级对称合解波单元202的功能区，203～206为第二级对称合解波单元002的输出波导，601为第二级对称合解波单元006的输入波导，602为第二级对称合解波单元006的功能区，603～608为第二级对称合解波单元006的输出波导。
具体实施方式
[0046]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0047]
根据输出波导对λ1至λn共n个波长光信号的透过率，通过非对称合解波单元将λ1至λn共n个波长光信号分为透过率均匀的若干组光信号以及与均匀透过率差别较大的光信号，透过率均匀的若干组光信号分别经一个对称合解波单元输出，与均匀透过率差别较大的光信号从非对称合解波单元的输出波导分别输出或经对称合解波单元后波分输出，则本发明涉及的非对称合解波芯片的通用拓扑如图1所示，包括：第一级非对称合解波单元001、第二级对称合解波单元002、第二级对称合解波单元004、第二级对称合解波单元005、第二级对称合解波单元006、第二级对称合解波单元007、第三级对称合解波单元003、第三级对称合解波单元008。λ1至λn共n个波长的光信号从第一级非对称合解波单元001的输入波导输入，第二级对称合解波单元002、第二级对称合解波单元004、第二级对称合解波单元006、第二级对称合解波单元007的输入波导分别与第一级非对称合解波单元001的一路输出波导连接，第二级对称合解波单元002、第二级对称合解波单元004、第二级对称合解波单元006、第二级对称合解波单元007分别输出一组波长不同但透光率相同的光信号，例如，波长为λ1、λ2、
…
λm的一组光信号经第一级非对称合解波单元001的第1输出波导o1传输至第二级对称合解波单元002，波长为λ
m p
、λ
m p 1
、
…
λ
m p q
的一组光信号经第一级非对称合解波单元001的第m p输出波导o
m p
传输至第二级对称合解波单元004，波长为λ
m p q s 1
、λ
m p q s 2
、
…
λ
m p q s t
的一组光信号经第一级非对称合解波单元001的第m p q s 1输出波导o
m p q s 1
传输至第二级对称合解波单元006，波长为λ
m p q s t w
、λ
m p q s t w 1
、
…
λ
n-v
、λ
n-v 1
、
…
λn的一组光信号经第一级非对称合解波单元001的第m p q s w输出波导o
m p q s w
传输至第二级对称合解波单元007；其余波长的光信号经第一级非对称合解波单元001的其它路输出波导分别输出或送入第二级对称合解波单元005波分处理后分别输出，例如，波长为λ
m p q 1
的光信号经第一级非对称合解波单元001的第m p q 1输出波导o
m p q 1
直接输出，波长为λ
m p q 2
的光信号经第一级非对称合解波单元001的第m p q 2输出波导o
m p q 2
直接输出，波长为λ
m p q r
、λ
m p q r 1
、
…
λ
m p q s
的一组光信号经第一级非对称合解波单元001的第m p q r输出波导o
m p q r
传输至第二级对称合解波单元005；第二级对称合解波单元002和第二级对称合解波单元007之后分别接有第三级合解波单元003、第三级合解波单元008，波长为λ1、λ2、
…
λc的一组光信号经第三级合解波单元003波分输出，波长为λ
n-v
、λ
n-v 1
、
…
λn的一组光信号经第三级合解波单元008波分输出。可选地，在第三级对称合解波单元之后接有第四级对称合解波单元，通过非对称合解波单元和对称合解波单元级联的结构可实现多通道多波长非对称合解波。
[0048]
在确定如图1所示的非对称合解波芯片通用拓扑后，需要通过直接二进制算法(direct binary search，dbs)等逆向设计算法对第一级非对称合解波单元功能区、第二级对称合解波单元功能区、第三级对称合解波单元功能区优化设计。各功能区为矩形结构且内部引入多个亚波长单元，每个亚波长单元的材料可以是二氧化硅或硅，也可以是二氧化硅或掺杂二氧化硅，分别对应绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)平台和硅上二氧化硅(silica-on-silicon，sos)平台。
[0049]
首先，随机设置第一级非对称合解波单元中各亚波长单元的材料种类；然后，给出第一级非对称合解波单元的评价函数fom；接着以fom最大化为目标，遍历第一级非对称合解波单元的亚波长单元，选择fom最大化时各亚波长单元的材料类型。第二级对称合解波单元以及第三级对称合解波单元功能区的设计与第一级非对称合解波单元的设计思路相同，
本发明不再赘述。
[0050]
第一级非对称合解波单元的评价函数fom为：fom＝fom(o1)
…
fom(o
m p
)
…
fom(o
m p q 1
) fom(o
m p q 2
)
…
fom(o
m p q r
) fom(o
m p q s 1
)
…
fom(o
m p q s w
)，
[0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060]
[0061][0062]
其中，fom(o1)为第一级非对称合解波单元的第1输出波导o1对波长为λ1、λ2、
…
λm的一组光信号的透过率的评价函数，的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ1、λ2、
…
λm的一组光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第1输出波导o1的目标输出光损耗；fom(o
m p
)为第一级非对称合解波单元的第m p输出波导o
m p
对波长为λ
m p
、λ
m p 1
、
…
λ
m p q
的一组光信号的透过率的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ
m p
、λ
m p 1
、
…
λ
m p q
的一组光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第m p输出波导o
m p
的目标输出光损耗；fom(o
m p q 1
)为第一级非对称合解波单元的第m p q 1输出波导o
m p q 1
对波长为λ
m p q 1
的光信号的透过率的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ
m p q 1
的光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第m p q 1输出波导o
m p q 1
的目标输出光损耗；fom(o
m p q 2
)为第一级非对称合解波单元的第m p q 2输出波导o
m p q 2
对波长为λ
m p q 2
的光信号的透过率的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ
m p q 2
的光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第m p q 2输出波导o
m p q 2
的目标输出光损耗；fom(o
m p q r
)为第一级非对称合解波单元的第m p q r输出波导o
m p q r
对波长为λ
m p q r
、λ
m p q r 1
、
…
λ
m p q s
的一组光信号的透过率的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ
m p q r
、λ
m p q r 1
、
…
λ
m p q s
的一组光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第m p q r输出波导o
m p q r
的目标输出光损耗；fom(o
m p q s 1
)为第一级非对称合解波单元的第m p q s 1输出波导o
m p q s 1
对波长为λ
m p q s 1
、λ
m p q s 2
、
…
λ
m p q s t
的一组光信号的透过率的一组光信号的透过率的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ
m p q s 1
、λ
m p q s 2
、
…
λ
m p q s t
的一组光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第m p q s 1输出波导o
m p q s 1
的目标输出光损耗；fom(o
m p q s w
)为第一级非对称合解波单元的第m p q s w输出波导o
m p q s w
对波长为λ
m p q s t w
、λ
m p q s t w 1
、
…
λ
n-v
、λ
n-v 1
、
…
λn的一组光信号的透过率的一组光信号的透过率的评价函数，的评价函数，为第一级非对称合解波单元的输入波导对波长为λ
m p q s t w
、λ
m p q s t w 1
、
…
λ
n-v
、λ
n-v 1
、
…
λn的一组光信号的透过率，为第一级非对称合解波单元的第m p q s w输出波导o
m p q s w
的目标输出光损耗。通过设置依次增大的正
整数c、m、p、q、r、s、t、w、n的取值，可以实现输出波长功率和间隔的非均匀调节。
[0063]
具体实施例1：实现o e s c l波段内12个波长信号透过率非均匀输出的非对称合解波芯片
[0064]
如图2、图3、图4以及图5所示，本实施例提供一种非对称合解波芯片，即实现o e s c l波段内λ1至λ
12
共12个波长透过率非均匀输出，λ1至λ
12
分别对应于λ1＝1271nm、λ2＝1291nm、λ3＝1311nm、λ4＝1331nm、λ5＝1351nm、λ6＝1371nm、λ7＝1471nm、λ8＝1491nm、λ9＝1511nm、λ
10
＝1531nm、λ
11
＝1551nm、λ
12
＝1571nm；其中，λ1至λ5位于o波段、λ6位于e波段、λ7至λ9位于s波段、λ
10
至λ
11
位于c波段、λ
12
位于l波段。该非对称合解波芯片为无源器件，并且具有超小尺寸和超高稳定性。
[0065]
波长为λ1、λ2、
…
λ
12
的一组光信号的输出波谱图如图6所示，由图6可知，波长为λ1、λ2、λ3、λ4共4个波长光信号的输出损耗均为2.5db，λ7、λ8、λ9、λ
10
、λ
11
、λ
12
共6个波长光信号的输出损耗为均为2db，波长为λ5、λ6的光信号的输出损耗分别为0.9db和0.6db，采用第一级非对称合解波单元将波长为λ1、λ2、
…
λ
12
的一组光信号波分为四组信号后输出，对于波长为λ1、λ2、λ3、λ4的光信号、波长为λ7、λ8、λ9、λ
10
、λ
11
、λ
12
的光信号则采用两个第二级对称合解波单元分别进行波分处理后输出，对于波长为λ5、λ6的光信号则分别通过第一级非对称合解波单元的一个输出波导直接输出，实现波长为λ1、λ2、
…
λ
12
的一组光信号透过率非均匀输出的非对称合解波芯片的具体结构如图2所示。
[0066]
如图2所示，实现波长为λ1、λ2、
…
λ
12
的一组光信号透过率非均匀输出的非对称合解波芯片包括：第一级非对称合解波单元001、第二级对称合解波单元002、第二级对称合解波单元006，第一级非对称合解波单元001与第二级对称合解波单元002通过一个s型波导连接，第一级非对称合解波单元001与第二级对称合解波单元006通过一个s型波导连接；所提出的非对称合解波芯片由硅基光子集成技术构建，包含由下至上依次层叠的硅衬底、二氧化硅下包层、硅芯层及二氧化硅上包层，第一级非对称合解波单元、第二级对称合解波单元位于芯层。
[0067]
如图3所示，第一级非对称合解波单元输入波导101位于第一级非对称合解波单元功能区102的左侧中心位置，第一级非对称合解波单元输出波导103、104、105、106位于第一级非对称合解波单元功能区102的右侧均匀排布。第一级非对称合解波单元的输入波导101输入λ1至λ
12
共12个波长的光信号，第一级非对称合解波单元输出波导103输出λ1至λ4共4个波长的光信号，第一级非对称合解波单元输出波导104输出波长为λ5的光信号，第一级非对称合解波单元输出波导105输出波长为λ6的光信号，第一级非对称合解波单元输出波导106输出λ7至λ
12
共6个波长的光信号，第一级非对称合解波单元输出波导103、104、105和106的输出光损耗各不相同。第一级非对称合解波单元功能区102基于dbs算法优化设计，fom定义为第一级非对称合解波单元输出波导103、104、105和106的实际输出光损耗和目标输出光损耗差值最小max函数；第一级非对称合解波单元功能区102每个亚波长单元的材料为二氧化硅或硅，对应绝缘体上硅平台。首先，随机设置亚波长单元材料种类；然后遍历每一个亚波长单元，计算并比较fom的大小变化，选择性保留fom较大的材料类型；通过多次迭代遍历全部亚波长单元，确定各亚波长单元的材料类型后，给出第一级非对称合解波单元功能区102的最佳结构，尺寸为2
×
4μm2。
[0068]
如图4所示，第二级对称合解波单元输入波导201位于第二级对称合解波单元功能
区202的左侧中心位置，第二级对称合解波单元输出波导203、204、205、206位于第二级对称合解波单元功能区202的右侧均匀排布。第二级对称合解波单元输入波导201输入λ1至λ4共4个波长的光信号，第二级对称合解波单元输出波导203输出波长为λ1的光信号，第二级对称合解波单元输出波导204输出波长为λ2的光信号，第二级对称合解波单元输出波导205输出波长为λ3的光信号，第二级对称合解波单元输出波导206输出波长为λ4的光信号，第二级对称合解波单元输出波导203、204、205和206的输出光损耗相同。第二级对称合解波单元功能区202基于dbs算法优化设计，fom定义为第二级对称合解波单元的输出波导203、204、205和206的实际输出光损耗和目标输出光损耗的差值最小的max函数，；第二级对称合解波单元功能区202每个亚波长单元的材料为二氧化硅或硅，对应绝缘体上硅平台。首先，随机设置亚波长单元材料种类；然后遍历每一个亚波长单元，计算并比较fom的大小变化，选择性保留fom较大的材料类型；通过多次迭代遍历全部亚波长单元，确定各亚波长单元的材料类型，给出第二级对称合解波单元002的功能区的最佳结构，尺寸为1.5
×
4μm2。
[0069]
如图5所示，第二级对称合解波单元输入波导601位于第二级对称合解波单元006的功能区602的左侧中心位置，第二级对称合解波单元006的输出波导603、604、605、606、607、608位于第二级对称合解波单元006的功能区602的右侧均匀排布。第二级对称合解波单元006的输入波导601输入λ7至λ
12
共6个波长的光信号，第二级对称合解波单元006的输出波导603输出波长为λ7的光信号，第二级对称合解波单元的输出波导604输出波长为λ8的光信号，第二级对称合解波单元006的输出波导605输出波长为λ9的光信号，第二级对称合解波单元006的输出波导606输出波长为λ
10
的光信号，第二级对称合解波单元006的输出波导607输出波长为λ
11
的光信号，第二级对称合解波单元006的输出波导608输出波长为λ
12
的光信号，第二级对称合解波单元006的输出波导603至608的输出光损耗相同。第二级对称合解波单元006的功能区602基于dbs算法优化设计；fom定义为输出波导603至608的实际输出光损耗和目标输出光损耗的差值最小的max函数；第二级对称合解波单元006的功能区602的每个亚波长单元的材料为二氧化硅或硅，对应绝缘体上硅平台。首先，随机设置亚波长单元材料种类；然后遍历每一个亚波长单元，计算并比较fom的大小变化，选择性保留fom较大的材料类型；通过多次迭代遍历全部亚波长单元，确定各亚波长单元的材料类型，给出第二级对称合解波单元006的功能区的最佳结构，尺寸为2
×
5μm2。
[0070]
具体实施例2：实现o e波段内6个波长信号透过率非均匀输出的非对称合解波芯片
[0071]
如图7、图8所示，作为本发明的拓展，本实施例提供一种基于逆向设计的非对称合解波芯片实现λ1至λ6共6个波长的透过率非对称合解波功能，λ1至λ6对应的波长分别为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm和1371nm。
[0072]
波长为λ1、λ2、
…
λ6的一组光信号的输出波谱图如图8所示，由图8可知，λ1至λ4共4个波长的输出损耗为1.5db，λ5和λ6波长的输出损耗分别为0.6db和0.3db。采用第一级非对称合解波单元将波长为λ1、λ2、
…
λ6的一组光信号波分为三组信号后输出，对于波长为λ1、λ2、λ3、λ4的光信号则采用第二级对称合解波单元进行波分处理后输出，对于波长为λ5、λ6的光信号则分别通过第一级非对称合解波单元的一个输出波导直接输出，实现波长为λ1、λ2、
…
λ6的一组光信号透过率非均匀输出的非对称合解波芯片的具体结构如图7所示。
[0073]
实现波长为λ1、λ2、
…
λ6的一组光信号透过率非均匀输出的非对称合解波芯片，采
用与实施例1相同的逆向设计优化第一级非对称合解波单元001、第二级对称合解波单元002的功能区，第一级非对称合解波单元001优化后尺寸为2
×
3μm2，第二级对称合解波单元002优化后的尺寸为1.5
×
4μm2。
[0074]
综上所述，本发明提供了基于逆向设计的非对称合解波芯片，可实现全波段功率非均匀、波长间隔非等距输出。芯片结构尺寸超小，性能稳定，串扰较低；波长和通道扩展性强，可实现多种波长复用。非对称合解波芯片的制备材料可拓展为其它材料(包括但不限于绝缘体上硅、硅上二氧化硅、inp、gaas、聚合物、铌酸锂、金刚石、硫系等材料)。本发明展示的是12个波长的解波功能，基于该结构同样可实现合波功能。本发明展示的逆向设计算法仅是dbs算法，可根据本发明扩展至基于半约束算法、粒子群算法、水平集方法、密度拓扑优化、基本梯度算法、梯度下降算法与遗传算法、深度学习的逆向设计算法等。本发明展示的仅是12和6个波长层面的芯片结构，可根据本发明由12个波长扩展至更多波长层面，实现更丰富的非对称合解波效果。同时，本发明设计简单，制作工艺成熟，并且与cmos制造工艺相兼容，在光通信波分复用系统中具有广泛的应用前景。
[0075]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。