[发明专利]一种光子晶体器件逆向设计方法

权利要求书

1.一种光子晶体器件逆向设计方法，其特征在于，基于引入人工势场的伴随变量法获取光子晶体器件上各个开孔的位置，其中，伴随变量法为：

S1：基于当前的开孔位置获取光子晶体器件的品质因数后，判断品质因数是否小于设定阈值或达到迭代次数上限，若为是，当前的开孔位置为最终的开孔位置，若为否，进入S2；

S2：更新当前的开孔位置，并采用更新后的开孔位置重新执行S1，直到获取最终的开孔位置，其中，当前的开孔位置的更新方法为：

S21：分别将各开孔作为中心孔执行人工势场的获取操作，得到各开孔对应的人工势场，其中，人工势场的获取操作为：分别获取其余开孔与中心孔之间的人工势场强度，并将所有人工势场强度划分为水平分量和垂直分量，再将水平分量总和与垂直分量总和作为中心孔的人工势场；

S22：采用人工势场表征各开孔的位置，得到各开孔的人工势场坐标，再获取品质因数对人工势场坐标的偏导数；

S23：获取偏导数与设定学习速率的乘积，再将当前的开孔位置和所述乘积的和值作为更新后的开孔位置。

2.如权利要求1所述的一种光子晶体器件逆向设计方法，其特征在于，各其余开孔与中心孔之间的人工势场强度E_apf的获取方法为：

其中，block_max为人工势场的设定减速距离，block_min为人工势场的设定禁止距离，ρ为当前开孔在中心孔极坐标系下的极径；

各其余开孔与中心孔之间的人工势场强度E_apf的水平分量dx_apf和垂直分量dy_apf的获取方法为：

dx_apf＝E_apf×cos(θ)

dy_apf＝E_apf×sin(θ)

其中，θ为当前开孔在中心孔极坐标系下的极角。

3.如权利要求1所述的一种光子晶体器件逆向设计方法，其特征在于，各开孔的人工势场坐标L(p)分别表示为：

其中，x和y分别表示开孔在x和y方向上的实际位置，dx(x,y)表示位置为(x,y)的开孔的人工势场强度的水平分量，dy(x,y)表示位置为(x,y)的开孔的人工势场强度的垂直分量；

品质因数F对人工势场坐标L(p)的偏导数的获取方法为：

获取光子晶体器件介电常数ε对人工势场坐标L(p)的偏导数

其中，Δx为x方向上的偏移量，Δy为y方向上的偏移量，ε(x+Δx)为x+Δx方向上的介电常数，ε(x)为x方向上的介电常数，ε(y+Δy)为y+Δy方向上的介电常数，ε(y)为y方向上的介电常数，dx(x+Δx,y)表示位置为(x+Δx,y)的开孔的人工势场强度的水平分量，dy(x,y+Δy)表示位置为(x,y+Δy)的开孔的人工势场强度的垂直分量；

采用频域有限差分仿真系统基于当前的开孔位置获取光子晶体器件对应的电场分布E和伴随场分布

基于偏导数电场分布E以及伴随场分布获取品质因数F对人工势场坐标的偏导数

其中，ω表示仿真频率，t表示转置。

4.如权利要求1所述的一种光子晶体器件逆向设计方法，其特征在于，基于当前的开孔位置获取光子晶体器件的品质因数的方法为：

基于当前的开孔位置获取光子晶体器件的空间光场；

根据空间光场获取光子晶体器件的输出端口的透过率T；

根据透过率T获取光子晶体器件的品质因数F：

其中，α为透过率的设定下限，β为透过率的设定上限。