逆向设计的片上太赫兹三通道模式与波长解复用器
光学
2025-09-03 v1
摘要
高性能多模/多波长（解）复用器是先进片上互连系统中最关键的光子器件之一。传统的片上光子（解）复用需要较大的器件尺寸以维持高效率、大工作带宽和低插入损耗。本文提出一种混合逆向设计方法，结合遗传算法（GA）与拓扑优化，用于开发一种超紧凑（横向尺寸 < 2λ）的太赫兹（THz）模式/波长解复用器（MDM-WDM）。该方法利用GA在连续参数空间中的全局搜索能力以及伴随方法驱动的局部拓扑优化策略，有效提高了设计收敛效率和全局性能鲁棒性。实验结果表明，该器件同时实现了稳定的三通道MDM和WDM，插入损耗（IL）小于3 dB，通道间串扰（CT）可达-22 dB。输出实现了正交TE10、TE20和TE30模式的空间分离，分别对应三个中心波长λ1~690 μm、λ2~700 μm和λ3~710 μm，验证了该器件对目标模式和波长的精确控制。这项工作为开发宽带、多通道、高集成度的太赫兹复用器件提供了一种高效的优化方法，为构建下一代集成光子互连和信号处理系统开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2509.01169,
title = {Inverse-Designed On-Chip Terahertz Three-Channel Mode and Wavelength Division Demultiplexer},
author = {Faqian Chong and Yulun Wu and Bingtao Gao and Shilong Li and Hongsheng Chen and Song Han},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.01169},
year = {2025}
}
备注
15 pages 4 figures