面向大尺度硅光器件逆向设计的非均匀网格拓扑优化方法

刘信然; 邱吉芳; 吴岚

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Nonuniform Mesh Topology Optimization for Inverse Design of Large-Scale Silicon Photonic Devices

首发时间：2026-03-02

Liu Xinran ¹
Liu Xinran (2001-), Male, Research interests:Inverse design of silicon-based photonic devices
Qiu Jifang ¹
Qiu Jifang (1982–), Female, Associate Professor, Master’s/Ph.D. Supervisor.Research interests: Silicon-based optoelectronic devices and their applications.
Wu Lan ¹

1、School of Electronic Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876

Abstract：We propose a nonuniform mesh topology optimization method for inverse design of large-scale silicon photonic devices. By grouping multiple adjacent horizontal grid points into single optimization variables while maintaining smaller vertical grid, the method reduces the dimensionality of the design space while maintains accurate electromagnetic calculations. The method is validated through simulations of a 10.8 × 10.8 μm2 single-mode vertical coupler and a 16 × 16 μm2 four-port multimode-splitting coupler.

keywords： Silicon Photonics Topology Optimization Nonuniform mesh

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面向大尺度硅光器件逆向设计的非均匀网格拓扑优化方法

刘信然 ¹
Liu Xinran (2001-), Male, Research interests:Inverse design of silicon-based photonic devices
邱吉芳 ¹
Qiu Jifang (1982–), Female, Associate Professor, Master’s/Ph.D. Supervisor.Research interests: Silicon-based optoelectronic devices and their applications.
吴岚 ¹

1、北京邮电大学电子工程学院，北京 100876

摘要：本文提出了一种面向大尺度硅光子器件逆向设计的非均匀网格拓扑优化方法。该方法通过将水平方向多个相邻网格点合并为单一优化变量，同时在垂直方向保持较小网格尺寸，在保证电磁场计算精度的前提下降低了设计空间的维度。通过对 10.8 × 10.8 μm2 单模垂直耦合器和 16 × 16 μm2 四端口多模分束耦合器的仿真设计验证了该方法的有效性。

关键词：硅基光子学拓扑优化非均匀网格

基金：

1. National Natural Science Foundation of China （No. 62275029 and No. 62021005)）

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Liu Xinran,Qiu Jifang,Wu Lan. Nonuniform Mesh Topology Optimization for Inverse Design of Large-Scale Silicon Photonic Devices[EB/OL]. Beijing:Sciencepaper Online[2026-03-02]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202603-19.

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论文编号	202603-19
论文题目	面向大尺度硅光器件逆向设计的非均匀网格拓扑优化方法
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