[发明专利]光栅设计方法、光栅及探测器集成结构

说明书

本发明提供一种光栅设计方法、光栅及探测器集成结构，其中方法包括：获取设计参数；将所述设计参数输入至光栅设计模型，获取所述光栅设计模型输出的光栅结构，其中，所述光栅设计模型是基于台阶式粒子群算法构建的。本发明提供一种亚波长光栅，采用上述光栅设计方法得到。本发明提供一种探测器集成结构，包括探测器和光栅，所述探测器和所述光栅单片集成，所述光栅是上述光栅设计方法得到的。本发明提供的光栅设计方法基于台阶式粒子群算法，通过电场场强调节对光栅结构进行设计，实现了对具有汇聚增强功能的非周期亚波长光栅进行设计。本发明提供的亚波长光栅具有汇聚增强功能。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种光栅设计方法、光栅及探测器集成结构。

背景技术

随着信息化时代的到来，各种通信业务呈现“爆炸式”发展。人们对海量数据的长距离传输和宽带移动接入的需求与日俱增，社会对信息资源的依赖性越来越强。因为光通信系统和网络的变革往往取决于器件物理与器件工艺的突破，所以面对高速光通信业务持续增长所带来的严峻挑战，有效提高系统中关键光电子器件的性能成为当前的首要问题。

随着数据中心通信容量的增长，对探测器性能的要求也在不断提高，传统的40G、100G系统中的探测器采用正面入射的方式，然而当数据传输速率达到400Gbit/s，高带宽的需求就要保证器件的尺寸比较小，因此就导致了正面入射的面积小，正面入射的光线少，从而导致了透镜的汇聚增强功能差。另外透镜存在制作时间长、难度大，形貌不好控制等缺点。相比之下，结构紧凑、制备工艺简单、易于集成的亚波长光栅，成为了一种很有前景的代替透镜的器件。

为了满足高速光通信对于器件带宽和量子效率越来越高的要求，目前急切需要设计一种具有汇聚增强功能的亚波长光栅。

发明内容

本发明提供一种光栅设计方法、光栅及探测器集成结构，用以解决现有技术中透镜装置汇聚增强功能差的缺陷，实现对具有汇聚增强功能的亚波长光栅的设计。

第一方面，本发明提供一种光栅设计方法，包括：

获取设计参数；

将所述设计参数输入至光栅设计模型，获取所述光栅设计模型输出的光栅结构；

其中，所述光栅设计模型是基于台阶式粒子群算法构建的；所述台阶式粒子群算法是将粒子群的群体最优位置作为台阶，基于所述台阶对下一代粒子群进行更新的粒子群算法，所述粒子群的群体最优位置为所述粒子群对应的光栅结构中焦点处的电场场强最大的光栅结构。

可选地，所述将所述设计参数输入至光栅设计模型，获取所述光栅设计模型输出的光栅结构，包括：

步骤1，基于所述设计参数初始化光栅结构、粒子群和台阶；

步骤2，基于所述台阶和预设公式更新粒子群的速度和位置；

步骤3，计算所述更新后的粒子群中每个粒子的适应度；

步骤4，基于所述适应度更新每个所述粒子的个体最优位置和所述粒子群的群体最优位置，并基于所述群体最优位置更新所述台阶；

步骤5，循环上述步骤2至步骤4，直至达到迭代次数上限或达到设定最优解。

可选地，所述设计参数包括：光栅的长度、光栅的厚度和光栅的宽度。

可选地，所述计算所述粒子群中每个粒子的适应度，包括：

对每个所述粒子对应的光栅结构进行仿真，获得每个所述光栅结构焦点处的电场场强；所述电场场强为所述粒子的适应度值。

可选地，所述方法还包括：

获取仿真参数，所述仿真参数用于对每个所述粒子对应的光栅结构进行仿真；所述仿真参数包括光栅的焦距和入射光的波长。