本技術(shù)屬于光子器件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法、裝置、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、集成光子器件設(shè)計(jì)通常依賴(lài)復(fù)雜的物理過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)光子器件設(shè)計(jì)的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，可采用基于拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的集成光子器件逆向設(shè)計(jì)基于梯度的優(yōu)化方法，通過(guò)數(shù)值優(yōu)化自動(dòng)生成不同光子器件的拓?fù)湫螤?。通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)生成的集成光子器件通常同時(shí)具有低損耗、大帶寬、緊湊等特點(diǎn)。

2、然而，通過(guò)逆向設(shè)計(jì)獲得的集成光子器件的拓?fù)湫螤钔ǔＪ謴?fù)雜。例如，常用的基于變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化方案，在性能優(yōu)化過(guò)程中引入制造約束條件，通常會(huì)導(dǎo)致器件過(guò)早收斂至一個(gè)符合制造約束條件的結(jié)構(gòu)而忽略性能，可見(jiàn)，傳統(tǒng)方案難以在滿足約束條件的同時(shí)最大化地提高光子器件的性能。另一方面，在連續(xù)優(yōu)化后期引入約束條件，往往增加了優(yōu)化迭代次數(shù)、仿真計(jì)算資源以及時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，極大的限制了逆向設(shè)計(jì)的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供一種光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法、裝置、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，能夠在滿足約束條件的同時(shí)最大化地提高光子器件的性能。

2、一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法，包括：

3、基于光子器件的預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)條件，初始化第一矩陣以及第二矩陣；

4、調(diào)整所述第二矩陣的元素值，以使得目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求；所述第一預(yù)設(shè)要求包括所述目標(biāo)矩陣與所述第一矩陣的矩陣相似度值滿足相似度要求，且對(duì)應(yīng)的光子器件的約束參數(shù)值滿足制造約束條件；所述目標(biāo)矩陣與所述第二矩陣存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述目標(biāo)矩陣的元素值與光子器件對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的材料相對(duì)應(yīng)；

5、判斷所述目標(biāo)矩陣對(duì)應(yīng)的光子器件是否滿足性能條件；

6、在光子器件不滿足所述性能條件的情況下，調(diào)整所述第一矩陣的元素值，并返回調(diào)整所述第二矩陣的元素值，以使得對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求的步驟；

7、在光子器件滿足所述性能條件的情況下，基于所述目標(biāo)矩陣，確定光子器件的結(jié)構(gòu)。

8、另一方面，調(diào)整所述第二矩陣的元素值，以使得對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求，包括：

9、基于所述第二矩陣，確定對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)矩陣；

10、基于所述目標(biāo)矩陣以及所述第一矩陣，獲取約束目標(biāo)函數(shù)輸出的第一結(jié)果；所述約束目標(biāo)函數(shù)包括相似度函數(shù)以及約束函數(shù)，所述第一結(jié)果包括所述矩陣相似度值以及所述約束參數(shù)值；

11、在所述第一結(jié)果不滿足所述第一預(yù)設(shè)要求的情況下，調(diào)整所述第二矩陣的元素值，并返回基于所述第二矩陣，確定對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)矩陣的步驟；直至所述第一結(jié)果滿足所述第一預(yù)設(shè)要求。

12、另一方面，基于所述第二矩陣，確定對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)矩陣，包括：

13、基于預(yù)設(shè)的二維卷積核對(duì)所述第二矩陣進(jìn)行卷積運(yùn)算濾波，得到第三矩陣；

14、基于預(yù)設(shè)的投影函數(shù)，對(duì)所述第三矩陣進(jìn)行投影得到所述目標(biāo)矩陣。

15、另一方面，所述第一結(jié)果為所述矩陣相似度值以及所述約束參數(shù)值之和；所述第一預(yù)設(shè)要求包括所述第一結(jié)果大于預(yù)設(shè)閾值；

16、基于所述目標(biāo)矩陣以及所述第一矩陣，獲取約束目標(biāo)函數(shù)輸出的第一結(jié)果，包括：

17、將所述目標(biāo)矩陣以及所述第一矩陣輸入所述相似度函數(shù)，得到所述矩陣相似度值；并將所述目標(biāo)矩陣輸入所述約束函數(shù)得到約束參數(shù)值；

18、將所述矩陣相似度值以及所述約束參數(shù)值相加得到所述第一結(jié)果。

19、另一方面，所述相似度函數(shù)用于計(jì)算以下任意一項(xiàng)或任意組合：

20、kl散度、js散度、余弦相似度、歐氏距離、閔可夫斯基距離以及切比雪夫距離。

21、另一方面，所述約束參數(shù)值包括以下任意一項(xiàng)或任意組合：光子器件的最小特征尺寸、最小間距以及最小曲率半徑。

22、另一方面，所述性能條件包括光子器件的能量損耗值小于損耗閾值；

23、所述判斷所述目標(biāo)矩陣對(duì)應(yīng)的光子器件是否滿足性能條件，包括：

24、基于所述目標(biāo)矩陣，獲取性能目標(biāo)函數(shù)輸出的光子器件的能量損耗值；

25、在所述能量損耗值小于所述損耗閾值的情況下，確定光子器件滿足所述性能條件；

26、在所述能量損耗值不小于所述損耗閾值的情況下，確定光子器件不滿足所述性能條件。

27、另一方面，基于所述目標(biāo)矩陣，獲取性能目標(biāo)函數(shù)輸出的光子器件的能量損耗值，包括：

28、將所述目標(biāo)矩陣進(jìn)行投影得到散射矩陣；

29、基于所述散射矩陣，確定對(duì)應(yīng)光子器件的所述能量損耗值。

30、另一方面，所述在光子器件不滿足所述性能條件的情況下，調(diào)整所述第一矩陣的元素值，包括：

31、計(jì)算性能目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述第一矩陣的導(dǎo)數(shù)；

32、基于所述導(dǎo)數(shù)調(diào)整所述第一矩陣的元素值。

33、再一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種光子器件的結(jié)構(gòu)確定裝置，所述裝置包括：

34、初始化模塊，用于基于光子器件的預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)條件，初始化第一矩陣以及第二矩陣；

35、第一調(diào)整模塊，用于調(diào)整所述第二矩陣的元素值，以使得目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求；所述第一預(yù)設(shè)要求包括所述目標(biāo)矩陣與所述第一矩陣的矩陣相似度值滿足相似度要求，且對(duì)應(yīng)的光子器件的約束參數(shù)值滿足制造約束條件；所述目標(biāo)矩陣與所述第二矩陣存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述目標(biāo)矩陣的元素值與光子器件對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的材料相對(duì)應(yīng)；

36、判斷模塊，用于判斷所述目標(biāo)矩陣對(duì)應(yīng)的光子器件是否滿足性能條件；在光子器件不滿足所述性能條件的情況下，觸發(fā)第二調(diào)整模塊，在光子器件滿足所述性能條件的情況下，觸發(fā)確定模塊；

37、所述第二調(diào)整模塊，用于調(diào)整所述第一矩陣的元素值，并返回調(diào)整所述第二矩陣的元素值，以使得對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求的步驟；

38、所述確定模塊，用于基于所述目標(biāo)矩陣，確定光子器件的結(jié)構(gòu)。

39、再一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種光子器件的結(jié)構(gòu)確定設(shè)備，所述設(shè)備包括：處理器以及存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令的存儲(chǔ)器；

40、所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序指令時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法。

41、再一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法。

42、再一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的指令由電子設(shè)備的處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述電子設(shè)備執(zhí)行如上所述的光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法。

43、本技術(shù)實(shí)施例的一種光子器件的結(jié)構(gòu)確定方法，首先，基于光子器件的預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)條件，初始化第一矩陣以及第二矩陣。然后，先固定第一矩陣，調(diào)整第二矩陣的元素值，以使得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求。即目標(biāo)矩陣與第一矩陣的矩陣相似度值滿足相似度要求，且對(duì)應(yīng)的光子器件的約束參數(shù)值滿足制造約束條件。接著，判斷目標(biāo)矩陣對(duì)應(yīng)的光子器件是否滿足性能條件；在光子器件不滿足性能條件的情況下，調(diào)整第一矩陣的元素值，并返回調(diào)整第二矩陣的元素值，以使得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)矩陣滿足第一預(yù)設(shè)要求的步驟；在光子器件滿足性能條件的情況下，基于目標(biāo)矩陣，確定光子器件的結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn)，本技術(shù)實(shí)施例所提方案將光子器件逆向設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為雙層數(shù)值優(yōu)化問(wèn)題，使得在光子器件逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程中，每次性能優(yōu)化迭代時(shí)獲得的光子器件均能夠滿足給定的最小制造約束條件，實(shí)現(xiàn)快速搜索和優(yōu)化收斂，使得最終得到的設(shè)計(jì)能夠在滿足約束條件的同時(shí)最大化地提高光子器件的性能。該方法可同時(shí)應(yīng)用于光刻、電子束光刻系統(tǒng)等微納加工中，減少逆向設(shè)計(jì)的所需的計(jì)算資源和仿真時(shí)間，并提高通過(guò)逆向設(shè)計(jì)獲得的光子器件的可制造性和良率。