应用案例

在本案例中，我们针对二维Y分束器引入拓扑逆向设计（Topology Optimization）方法，直接在设计区域内对材料分布进行优化，允许算法在整个设计空间中自由探索，展示了拓扑逆向设计在光子器件结构生成与性能优化中的强大能力。

在本案例中，我们以一个 Y 分束器作为示例，如何通过参数化结构描述实现器件几何的自动优化。通过算法自动调整参数化几何的控制点，使设计过程更加高效，器件性能更加卓越。

锥形波导型偏振转换器通过沿传播方向逐渐变化的波导截面，实现不同偏振模之间的平滑能量耦合，从而完成偏振态的高效转换。该结构具有带宽宽、损耗低、对制造误差不敏感等优点，广泛应用于光通信、偏振复用及硅基光子芯片中的偏振控制。本案例首先利用 FDE 求解器对波导宽度进行扫描，分析 TM1 模与 TE0 模的有效折射率变化，确定两者发生交叉的区域，以指导锥形波导的设计范围。随后，使用 FDTD 求解器对整个结构进行三维仿真，计算光在锥形波导中的传播过程及偏振转换效率。

集成光子学已成为光通信、传感和信号处理等领域的重要支撑技术。在众多光子器件中，环形谐振器因其结构紧凑、品质因数高以及优异的波长选择特性，被广泛应用于滤波、调制和非线性光学等场景。本案例设计仿真了一个中心波长为1.55 um,自由频谱宽度（Free Spectral Range, FSR）为3200GHz的环形谐振器。

多模干涉耦合器由输入波导、输出波导和多模干涉区三个部分构成。光场经由输入波导注入到多模干涉区后，多个模式间相长性干涉产生自镜像效应，沿导波的传播方向将周期性地产生输入场的一个或多个像。通过这个效应，该器件可以实现光的波分复用/解复用、功率分配、偏振分束等功能。

以Y型分束器为基本单元所构成的光功率分束器是集成光子系统中不可替代的器件，它可将光功率按预定的比例分配给两个或两个以上的输出设备。本案例中使用SimWorks光学有限差分解决方案仿真一个对称型Y分束器的插入损耗、传输功率以及S参数。