[发明专利]一种可见光波段光学神经网络元件

权利要求书

1.一种可见光波段光学神经网络元件，通过单次投影曝光、原子层沉积、刻蚀工艺和切片分割而成，其特征在于，包含多个沿光轴方向依次等间距排列的子元件(1)，所述子元件(1)向垂直于光轴的平面的投影图形为正方形，所有子元件(1)向垂直于光轴的平面的投影图形重合；每个子元件(1)包含一个衬底(2)和由衬底(2)支撑的多个子结构(3)，所述子结构(3)在衬底(2)表面成矩阵排列，在矩阵的行方向和列方向上，相邻两个子结构(3)在衬底(2)上坐标的距离为定值，所述子结构(3)的尺寸相同，转角不同，在第i个子元件(1)上，子结构(3)在绕衬底(2)坐标(x,y)法线的转角θ和子结构(3)在衬底(2)坐标(x,y)处对应的相位φ_i(x,y)之间满足如下关系：

其中，m为任意整数，φ_θ＝0为θ＝0时子结构(3)在衬底(2)坐标(x,y)处对应的相位；

定义入射光波长为λ_d，每一个子结构(3)的尺寸(L,W,H)和相邻两子结构(3)在衬底(2)上坐标的距离P组成待求的参数向量(L,W,H,P)；

其中，L为子结构(3)的长，W为子结构(3)的宽，H为子结构(3)的高；

计算子结构(3)参数向量(L,W,H,P)的方法，包括以下步骤：

步骤a、对(L,W,H,P)每一个参数赋值，其中各个参数的范围满足以下条件：0＜H≤2λ_d和100nm＜P＜λ_d，且各个参数赋值为5的整数倍，得到N_L×N_W×N_H×N_P个参数向量，其中N_L、N_W、N_H和N_P分别为四个参数的赋值数量；

步骤b、利用FDTD算法，建模计算出射光的透过率和相位，设定入射光为左旋圆偏振光(abs(E_{in_x})＝abs(E_{in_y})、其中，E_{in_x}和E_{in_y}分别为入射光的x分量和y分量)，结构参数为(L_n,W_n,H_n,P_n)，n为1至N_L×N_W×N_H×N_P的整数，得到出射光的透过率T_n和xy两分量的相位arg(E_{out_n_x})与arg(E_{out_n_y})，其中，E_{out_n_x}和E_{out_n_y}分别为出射光的x分量和y分量；

步骤c、根据步骤b中出射光的透过率T_n和xy两分量的相位arg(E_{out_n_x})与arg(E_{out_n_y})，剔除出射光不满足要求时所对应的参数向量，定义相位误差δ_{p_n}为：

判断是否出射光的透过率T_n大于透过率阈值且相位误差δ_{p_n}小于相位阈值，如果

是，则该结果对应的参数向量(L_n,W_n,H_n,P_n)保留；

否，则该结果对应的参数向量(L_n,W_n,H_n,P_n)剔除；

步骤d、在步骤c保留的参数向量(L_n,W_n,H_n,P_n)中，若存在(L_n,W_n,P_n)相同且H_n不同的参数向量(L_n,W_n,H_n,P_n)，则只保留H_n最小的参数向量，剔除其他参数向量；

步骤e、在步骤d保留的参数向量(L_n,W_n,H_n,P_n)中，利用FDTD算法，建模计算结构转角θ＝[0°,180°)的透射光场相位，设定入射光为左旋圆偏振光(abs(E_{in_x})＝abs(E_{in_y})、波长为λ_d，结构参数为(L_n,W_n,H_n,P_n)，得到出射光的xy两分量的相位为arg(E_{out_n_x})与arg(E_{out_n_y})，定义角度误差值为：

保留δ_{θ_n}中的最小值，其对应的结构参数(L_n,W_n,H_n,P_n)为待求结构参数。