CN112255786A - 波导参数的提取方法及系统、虚拟晶圆的建立方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种波导参数的提取方法及系统、虚拟晶圆的建立方法及系统，所述波导参数的提取方法包括：提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；确定所述共振器的特征参数；根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。通过本发明的方案，可以准确确定制造完成后的器件中波导的物理参数。

Description

波导参数的提取方法及系统、虚拟晶圆的建立方法及系统
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种波导参数的提取方法及系统、虚拟晶圆的建立方法及系统。
背景技术
硅基光电子技术被誉为“后摩尔时代”突破摩尔定律的先进技术，由硅基光电子技术构建的光电集成芯片在光通信、光子AI、量子通信、激光雷达等领域展现出巨大的应用价值。硅基光电子器件由于其紧凑的结构，对器件中波导的结构变化(如波导的物理参数的变化)非常敏感，例如，晶圆自身的凹凸不平和制造工艺中的误差容易造成器件中波导的物理参数与预设的不符，从而导致制造完成的器件的性能与期望的性能不符。
但现有技术中，对于已经制造完成的器件，无法准确提取其中波导的物理参数，或者，即使通过特定的仪器可以测量得到波导的物理参数，但测量的准确率低、测量效率低且成本高昂，在实际生产中并不具有实用性。由此，通过现有技术，无法高效、准确地获取制造完成后的器件中波导的物理参数的情况。
此外，精确评估硅基光电子器件中波导的物理参数，对提前作出性能预测、误差补偿、提高器件良率而言也十分重要。但由于现有技术中无法准确确定制造完成后的器件中波导的物理参数，也就无法得知制造工艺等实际生产过程中的各种因素对器件中波导的物理参数造成的影响，从而无法获知制造工艺存在的问题以便进行工艺上的优化。
因此，亟需一种能够准确确定制造完成后的器件中波导的物理参数的方法，以便后续对制造工艺进行优化，或者提前对设计进行预补偿。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种能够准确确定制造完成后的器件中波导的物理参数的方法，以便后续对制造工艺进行优化。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种波导参数的提取方法，所述方法包括：提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；通过测量的方式确定所述共振器的特征参数；根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。
可选的，所述共振器中的波导具有设计物理参数，所述设计物理参数包括环形波导和环外波导之间的设计间距，所述提供晶圆之前，还包括：根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵；验证所述共振器的参数矩阵的准确性。
可选的，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵包括：生成一组预设物理参数，所述预设物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；对于各个预设物理参数，分别采用采用计算的方式确定所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数；根据所述预设物理参数和所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数，计算所述参数矩阵。
可选的，验证所述共振器的参数矩阵的准确性包括:生成一组随机物理参数，所述随机物理参数具有预设的均值和标准差，所述随机物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；对于各个随机物理参数，分别采用采用计算的方式确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数；根据所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数和波导传输方程分别确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱；分别为所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱添加预设信噪比的高斯白噪声，得到多个模拟频谱；根据各个模拟频谱，分别确定每个模拟频谱的特征参数，记为模拟特征参数；根据所述模拟特征参数和所述参数矩阵，分别计算每个随机物理参数对应的模型物理参数；计算各个模型物理参数的均值和标准差；将所述随机物理参数的均值和标准差与所述模型物理参数的均值和标准差进行比较，如果所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的均值的差值小于等于第一预设差值，且所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的标准差的差值小于等于第二预设差值，则确定所述共振器的参数矩阵是准确的。
可选的，所述共振器的参数矩阵为多个，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵包括：设定一组预设波长；对于每个预设波长，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器在所述每个预设波长下的参数矩阵。
可选的，通过测量的方式确定所述共振器的特征参数包括：扫描所述共振器，确定所述共振器的频谱；根据所述共振器的频谱确定所述共振器的特征参数。
可选的，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数包括:根据所述共振器的频谱确定所述共振器的谐振波长；根据所述谐振波长，在所述共振器在所述各个预设波长下的参数矩阵中确定所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵；根据所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵和所述共振器的特征参数计算所述共振器中波导的实际物理参数。
可选的，采用下述公式，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数：
Figure BDA0002731473500000031
其中，neff，ng和κ为所述特征参数，neff用于表示所述共振器的有效折射率，ng用于表示所述共振器的群折射率，κ为所述共振器的耦合系数；w，h和g为所述波导的实际物理参数，w用于表示所述环外波导的宽度，h用于表示所述环外波导的高度，g用于表示所述环形波导和环外波导之间的间距，λres用于表示所述共振器的谐振波长；
Figure BDA0002731473500000041
为所述参数矩阵。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种虚拟晶圆的建立方法，所述方法包括：提供晶圆，所述晶圆上具有多个共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；通过测量的方式确定各个共振器的特征参数；根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距；根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
可选的，所述共振器中的波导具有设计物理参数，所述设计物理参数包括环外波导和环形波导之间的设计间距，所述提供晶圆之前，还包括：根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵；验证所述共振器的参数矩阵的准确性。
可选的，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵包括：生成一组预设物理参数，所述预设物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；对于各个预设物理参数，分别采用采用计算的方式确定所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数；根据所述预设物理参数和所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数，计算所述参数矩阵。
可选的，验证所述共振器的参数矩阵的准确性包括:生成一组随机物理参数，所述随机物理参数具有预设的均值和标准差，所述随机物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；对于各个随机物理参数，分别采用采用计算的方式确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数；根据所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数和波导传输方程分别确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱；分别为所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱添加预设信噪比的高斯白噪声，得到多个模拟频谱；根据各个模拟频谱，分别确定每个模拟频谱的特征参数，记为模拟特征参数；根据所述模拟特征参数和所述参数矩阵，分别计算每个随机物理参数对应的模型物理参数；计算各个模型物理参数的均值和标准差；将所述随机物理参数的均值和标准差与所述模型物理参数的均值和标准差进行比较，如果所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的均值的差值小于等于第一预设差值，且所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的标准差的差值小于等于第二预设差值，则确定所述共振器的参数矩阵是准确的。
可选的，所述共振器的参数矩阵为多个，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵包括：设定一组预设波长；对于每个预设波长，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器在所述每个预设波长下的参数矩阵。
可选的，通过测量的方式确定各个共振器的特征参数包括：扫描各个共振器，确定各个共振器的频谱；对于每个共振器的频谱，根据所述共振器的频谱确定所述共振器的特征参数。
可选的，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数包括:对于每个共振器，根据所述共振器的频谱确定所述共振器的谐振波长，从所述共振器在所述各个预设波长下的参数矩阵中选择所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵；根据所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵和所述共振器的特征参数计算所述共振器中波导的实际物理参数。
可选的，采用下述公式，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数：
Figure BDA0002731473500000061
其中，neff，ng和κ为所述特征参数，neff用于表示所述共振器的有效折射率，ng用于表示所述共振器的群折射率，κ为所述共振器的耦合系数；w，h和g为所述波导的实际物理参数，w用于表示所述环外波导的宽度，h用于表示所述环外波导的高度，g用于表示所述环形波导和环外波导之间的间距，λres用于表示所述共振器的谐振波长；
Figure BDA0002731473500000062
为所述参数矩阵。
可选的，根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆包括:计算所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值；根据所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值和滤波器，确定所述晶圆的虚拟晶圆。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种波导参数的提取系统，所述系统包括：提供装置，用于提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；测量装置，用于通过测量的方式确定所述共振器的特征参数；计算装置，用于根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种虚拟晶圆的建立系统，所述系统包括：测量装置，用于通过测量的方式确定晶圆上多个共振器的特征参数，其中，所述共振器环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；计算装置，用于根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距；建立装置，用于根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；通过测量的方式确定所述共振器的特征参数；根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。在本发明实施例中，晶圆上具有包含环形波导和环外波导的共振器，通过测量的方式确定所述共振器的特征参数，并根据所述共振器的特征参数和预设的参数矩阵之间的数学关系计算得到所述共振器中波导的实际物理参数。本发明实施例中共振器中的环外波导位于环形波导以外且环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，也就是说，环外波导与环形波导之间存在一定的间距，因此计算得到的波导的实际物理参数中包括环外波导与环形波导之间的间距。
进一步地，本发明实施例中，设定一组预设波长；对于每个预设波长，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器在所述每个预设波长下的参数矩阵，从而可以得到共振器在不同波长下的参数矩阵，以便后续可以根据实际测量得到的共振器的谐振波长确定共振器的参数矩阵，使得通过参数矩阵和特征参数计算得到的波导的物理参数更加准确，也即保证得到的波导的物理参数的真实性。
进一步地，本发明实施例根据所述共振器的频谱所述共振器的谐振波长，再根据所述谐振波长确定所述共振器的参数矩阵，从而用于计算所述共振器中波导的物理参数的参数矩阵是根据实际的谐振波长确定的，而不是根据预设的波长确定的，从而可以补偿波导的色散效应对所述共振器的谐振波长的影响，再根据所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵和所述共振器的特征参数计算所述共振器中波导的实际物理参数，从而使得通过参数矩阵和特征参数计算得到的波导的物理参数更加准确，也即保证得到的波导的物理参数的真实性。
进一步地，由于本发明实施例中在验证参数矩阵的准确性的步骤中，通过计算方法得到随机物理参数对应的频谱，再为通过时域有限差分法得到的共振器的频谱添加预设信噪比的高斯白噪声，从而可以模拟真实情况下的共振器的频谱，从模拟频谱中提取到的特征参数可以视为真实情况下的共振器的特征参数，再根据从模拟频谱中提取到的特征参数和参数矩阵计算得到模型物理参数，通过比较模型物理参数和随机物理参数的均值和标准差，可以验证参数矩阵的准确性，从而确保根据参数矩阵计算得到的波导的真实性和准确性。
进一步地，本发明实施例中，提供晶圆，所述晶圆上具有多个共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；通过测量的方式确定各个共振器的特征参数；根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距；根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。本发明实施例的方案中，晶圆上具有多个包含环形波导和环外波导的共振器，通过测量的方式确定所述共振器的特征参数，并根据所述共振器的特征参数和预设的参数矩阵之间的数学关系计算得到各个共振器中波导的实际物理参数，再根据各个共振器中波导的实际物理参数可以进一步得到用于表征波导实际物理参数分布的虚拟晶圆。本发明实施例中的共振器中的环外波导位于环形波导以外且环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，环外波导与环形波导之间存在一定的间距，因此计算得到的波导的实际物理参数中包括环外波导与环形波导之间的间距，由此，根据波导的实际物理参数建立的虚拟晶圆能够表征所述共振器中环外波导与环形波导之间的间距的情况。
附图说明
图1是本发明实施例中一种波导参数的提取方法中共振器的结构示意图。
图2是图1所示共振器的频谱示意图。
图3是本发明实施例中一种波导参数的提取方法的流程示意图。
图4是本发明实施例中确定所述共振器的参数矩阵的流程示意图。
图5是本发明实施例中验证所述共振器的参数矩阵的准确性的一种具体流程示意图。
图6是图3中步骤S303的一种具体流程示意图。
图7是本发明实施例中一种虚拟晶圆的建立方法的流程示意图。
图8是本发明实施例中一种波导参数的提取系统的结构示意图。
图9是本发明实施例中一种虚拟晶圆的建立系统的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有技术无法准确确定制造完成的器件中波导的物理参数。
本发明发明人经过研究发现，现有技术主要通过基于马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer，MZI)或者普通环形共振器，但是通过上述方法只能得到波导宽度和波导高度这两种波导的物理参数，无法得到波导之间的间距的情况，也即，无法全面描述制造完成器件中的波导的结构。此外，现有技术中在确定波导的物理参数时，并没有考虑波导的色散效应，得到的波导的物理参数不准确。现有技术中也没有一种验证方法，能够验证确定波导的物理参数的方法的准确性。
在本发明实施例中，提供一种波导参数的提取方法，所述方法包括：提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；通过测量的方式确定所述共振器的特征参数；根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环外波导和环形波导之间的间距。在本发明实施例中，晶圆上具有包含环外波导和环形波导的共振器，通过测量的方式确定所述共振器的特征参数，并根据所述共振器的特征参数和预设的参数矩阵之间的数学关系计算得到所述共振器中波导的实际物理参数。本发明实施例中的共振器中的环外波导位于环形波导以外且环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，也就是说，环外波导与环形波导之间存在一定的间距，因此计算得到的波导的实际物理参数中包括环外波导与环形波导之间的间距，也即，通过本发明实施例提供的波导参数的提取方法可以得到所述共振器中环外波导与环形波导之间的间距。
参考图1，图1是本发明实施例中一种波导参数的提取方法适用的共振器的结构示意图，所述方法可以用于确定共振器中波导的物理参数，所述波导的物理参数可以是用于表征共振器中波导的结构的参数，例如波导的高度、波导的宽度，波导之间的间距等，但并不限于此。
下面结合图1对本发明实施例中一种波导参数的提取方法适用的共振器进行非限制性的说明。
本发明实施例中一种波导参数的提取方法适用的共振器可以包括环外波导11和环形波导12。所述环外波导11可以是直波导，也可以是弯曲的或者其他形状的波导。所述环外波导11可以为所述共振器提供光波的输入口和输出口，其中，根据耦合原理，进入环外波导11的一部分光波可以输入至环形波导12中。所述环形波导12是一段封闭的波导，光波可以在其中传输。本领域技术人员可以理解，如果环外波导11与环形波导12的耦合长度越长，所述共振器的耦合能量对于光波的波长越敏感。
图1为共振器的俯视视角，在一个非限制性实施例中，所述共振器中的环外波导11的侧面可以是梯形(图未示)，具有相互平行的梯形窄边和梯形长边，以及连接所述梯形窄边和梯形长边端部的梯形斜边，该梯形斜边与梯形长边形成的夹角可以为85度，但并不限于此。
进一步地，所述环形波导12可以包括四段弯曲波导和四段直波导(长度分别为l1,l1,l2,l2)；所述弯曲波导的形状为圆弧状，圆弧的半径r可以大于5微米，圆弧的角度可以为90度。环形波导12中的直波导与弯曲波导的侧面也可以是梯形(图未示)，具有相互平行的梯形窄边和梯形长边，以及连接所述梯形窄边和梯形长边端部的梯形斜边，该梯形斜边与梯形长边形成的夹角可以为85度，但并不限于此。
图1中的环外波导11可以位于所述环形波导12以外并与环形波导的一边平行，具体而言，所述环外波导11可以位于所述环形波导12包围的区域以外，所述环外波导11可以和环形波导12中包含的任意一段直波导平行。本领域技术人员可以理解，所述环外波导11与环形波导12之间具有一定的间距，由此，所述共振器的物理参数包括环外波导11和环形波导12之间的间距g；此外，所述共振器的物理参数还可以包括所述环外波导的宽度w、所述环外波导的高度h(图未示)，但并不限于此。
参考图2，图2示出了图1中的共振器的频谱。图2中的频谱的横坐标为波长，频谱的纵坐标为归一化的输出。
所述共振器的频谱满足以下方程：
Figure BDA0002731473500000111
其中，Et用于表示环外波导11的输出光波，Ein用于表示环外波导11的输入光波，为了简便计算可以设Ein＝1；α用于表示波导传输损失，θ用于表示光波在所述共振器中传输一周变化的相位，t用于表示光波在所述共振器中直接传输系数，且满足κ2+t2＝1,κ用于表示所述共振器的耦合系数。需要指出的是，Et也可以表示为由共振器的链路参数构成的方程，其中，所述链路参数可以包括有效折射率neff、群折射率ng和耦合系数κ。由于所述共振器的耦合能量对光波的波长敏感，因此所述共振器的频谱相比于现有技术中的共振器的频谱，增加了耦合系数与光波波长的包络(图未示)。
进一步地，相比于现有技术中的共振器，本发明实施例中的共振器的频谱中可以提取出所述共振器的谐振波长λres、自由光谱区FSR、边模幅度比SMAR，本领域技术人员可以理解，所述共振器的谐振波长λres、自由光谱区FSR、边模幅度比SMAR可以用于描述所述共振器的具体功能。
参考图3，图3是本发明实施例中一种波导参数的提取方法的流程示意图，所述方法可以用于确定所述共振器中波导的物理参数，所述波导的物理参数可以是用于表征器件中波导的结构的参数，例如波导的高度、波导的宽度，波导之间的间距等，但并不限于此。
图3所述的波导参数的提取方法可以包括如下步骤:
步骤S301：提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
步骤S302：通过测量的方式确定所述共振器的特征参数；
步骤S303：根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。
在步骤S301的具体实施中，提供的晶圆上具有可以有一个或多个制造完成的共振器，所述共振器可以是任何适当的共振器。在一个非限制性实施例中，晶圆上的共振器可以是大量随机放置的。所述共振器可以包括环形波导和环外波导，环外波导的至少一部分与环形波导的至少一部分具有平行关系。两部分具有平行关系指的是两部分的延伸方向相互平行，更具体而言，所述平行关系可以是直线平行关系，也可以是曲线平行关系。在一个非限制性实施例中，所述共振器可以是图1和图2所述的共振器，具体可以参见图1和图2的相关描述，在此不再赘述。
进一步地，所述共振器具有预设的参数矩阵，本领域技术人员可以理解，所述参数矩阵可以描述共振器的特征参数与共振器中波导的物理参数之间的数学关系，所述数学关系用于表征共振器的特征参数随共振器中波导的物理参数的变化情况；所述特征参数可以是任何恰当的可以用于描述所述共振器的性能的参数。
在一个非限制性实施例中，所述特征参数可以是描述共振器的具体性能的行为参数，所述行为参数可以包括：谐振波长λres、自由光谱区FSR、边模幅度比SMAR；所述共振器中波导的物理参数可以包括环外波导的宽度w、环外波导的高度h、环外波导与环形波导之间的间距g，此时，共振器的特征参数与共振器中波导的物理参数之间的数学关系可以为：
Figure BDA0002731473500000131
其中，
Figure BDA0002731473500000132
为所述参数矩阵。
进一步地，所述共振器的特征参数也可以是用于描述器件在光链路中的传输特性的链路参数，所述链路参数可以包括：有效折射率neff，群折射率ng和耦合系数κ。本领域技术人员可以理解，波导的高度和波导的宽度可以决定其有效折射率neff和群折射率ng。本发明实施例中，环外波导的高度和环外波导的宽度可以影响共振器的有效折射率neff和群折射率ng，此外，本发明实施例中光波在环外波导与环形波导中的传输过程中，可以产生耦合光波，环外波导与环形波导之间的间距可以影响环外波导与环形波导的耦合长度，进而影响所述共振器的耦合系数。此时，共振器的特征参数与共振器中波导的物理参数之间的数学关系可以为：
Figure BDA0002731473500000133
其中，
Figure BDA0002731473500000141
为所述参数矩阵，λ用于表示光波的波长，例如λ可以为所述共振器的谐振波长。具体而言，所述共振器的链路参数受光波波长的影响，也即，在不同波长的光波下，即使共振器中波导的物理参数相同，所述共振器的链路参数也可以是不同的，当所述特征参数为链路参数时，在不同波长的光波下，用于描述共振器的链路参数与波导的物理参数的数学关系的参数矩阵也是不同的。
进一步地，所述共振器中的波导具有设计物理参数，所述设计物理参数包括环外波导和环形波导之间的设计间距，在步骤S301之前，还可以包括：根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵；验证所述共振器的参数矩阵的准确性。
参考图4，图4示出了本发明实施例中确定共振器的参数矩阵的具体流程，确定所述共振器的参数矩阵的步骤可以包括:
步骤S401：生成一组预设物理参数，所述预设物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；
步骤S402：对于各个预设物理参数，分别采用计算的方法确定所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数；
步骤S403：根据所述预设物理参数和所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数，计算所述参数矩阵。
具体而言，所述参数矩阵可以描述共振器的特征参数与共振器中波导的物理参数之间的数学关系，所述数学关系用于表征共振器的特征参数随共振器中波导的物理参数的变化情况。本领域技术人员可以理解，不同结构的器件具有不同的参数矩阵；本发明实施例中生成一组预设物理参数，该组预设物理参数具有预设的均值，所述均值为所述共振器中波导的设计物理参数，因此根据所述预设物理参数得到的参数矩阵可以是设计物理参数对应的参数矩阵。
在步骤S401的具体实施中，所述预设物理参数可以是随机生成的一组物理参数，所述预设物理参数可以满足高斯分布，其均值可以为所述共振器中波导的设计物理参数，也可以具有一定的标准差，本发明实施例中对其标准差的取值并不做任何限制。
进一步地，对于每一个预设物理参数，可以采用计算的方法确定所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的特征参数，例如，可以根据波导理论采用时域有限差分法、有限元法等数值计算或导波光学理论计算的方法。
由于所述参数矩阵可以用于描述所述共振器的特征参数随所述共振器的物理参数变化的情况，但生成的预设物理参数与确定的特征参数都是离散的，需要拟合生成的一组预设物理参数以及确定的一组特征参数，根据拟合后的预设物理参数和所述共振器的特征参数，计算所述共振器中的参数矩阵。
在一个非限制性实施例中，所述共振器的参数矩阵为多个，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵可以包括：设定一组预设波长；对于每个预设波长，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器在所述每个预设波长下的参数矩阵。
具体而言，本领域技术人员可以理解，所述共振器的链路参数对光波的波长敏感，在不同波长的光波下，即使共振器中波导的物理参数相同，所述共振器的链路参数也是不同的，对于每一个预设物理参数，可以结合预设的波长计算确定所述共振器中波导的物理参数为各个预设物理参数时所述共振器的链路参数。由此，当所述特征参数为链路参数时，在不同波长的光波下，用于描述共振器的链路参数与波导的物理参数的数学关系的参数矩阵也是不同的。
为此，本发明实施例中设定一组预设波长，对于各个预设波长，确定所述共振器在每个预设波长下的参数矩阵，以便后续可以根据所述共振器的谐振波长选择与所述共振器最合适准确的参数矩阵。具体确定所述共振器在每个预设波长下的参数矩阵的方法可以参考图4中的相关描述，在此不再赘述。
参考图5，图5示出了本发明实施例中验证所述共振器的参数矩阵的准确性的具体流程，验证所述共振器的参数矩阵的准确性的步骤可以包括：
步骤S501：生成一组随机物理参数，所述随机物理参数具有预设的均值和标准差，所述随机物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；
步骤S502：对于各个随机物理参数，分别采用计算方法确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数；
步骤S503：根据所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数和波导传输方程分别确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱；
步骤S504：分别为所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱添加预设信噪比的高斯白噪声，得到多个模拟频谱；
步骤S505：根据各个模拟频谱，分别确定每个模拟频谱的特征参数，记为模拟特征参数；
步骤S506：根据所述模拟特征参数和所述参数矩阵，分别计算每个随机物理参数对应的模型物理参数；
步骤S507：计算各个模型物理参数的均值和标准差；
步骤S508：将所述随机物理参数的均值和标准差与所述模型物理参数的均值和标准差进行比较，如果所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的均值的差值小于等于第一预设差值，且所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的标准差的差值小于等于第二预设差值，则确定所述共振器的参数矩阵是准确的。
步骤S501和步骤S502的具体实施方式可以参照步骤S401和步骤S402的具体描述，在此不再赘述。
在步骤S503的具体实施中，当所述特征参数为共振器的链路参数时，可以根据共振器的模拟链路参数通过波导传输方程分别计算得到环外波导与环形波导的S参数，再根据环外波导与环形波导之间的连接关系，完成S参数的矩阵级联计算，得到所述共振器的频谱。
继续参考图3，在步骤S302的具体实施中，可以通过测量的方式确定所述共振器的特征参数。
具体而言，对于所述共振器，可以通过光学仪器扫描所述共振器，测量确定所述共振器的频谱；再根据所述共振器的频谱确定所述共振器的特征参数。
进一步地，如果光波通过光栅耦合器进入所述共振器，可以在扫描得到的频谱中添加光栅耦合器的传输矩阵，以得到更为真实准确的频谱。
进一步地，根据共振器的频谱确定的特征参数可以是描述器件具体功能的行为参数，例如谐振波长λres、自由光谱区FSR，边模幅度比SMAR等。根据所述共振器的频谱确定所述共振器的特征参数可以包括:采用二分法确定所述共振器的特征参数。具体而言，首先采用二分法确定频谱中的极大值，极大值对应的横坐标为谐振波长λres，任意相邻两个极大值之间的横坐标差值为自由光谱区FSR，任意相邻两个极大值之间的纵坐标差值为边模幅度比SMAR。
参考图6，图6示出了图3中步骤S303的一种具体流程，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数的步骤可以包括：
步骤S601：根据所述共振器的频谱确定所述共振器的谐振波长；
步骤S602：根据所述谐振波长，在所述共振器在所述各个预设波长下的参数矩阵中确定所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵；
步骤S603：根据所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵和所述共振器的特征参数计算所述共振器中波导的实际物理参数。
具体而言，在步骤S303的具体实施中，根据共振器的频谱确定的特征参数也可以是用于描述器件在光链路中传输特性的链路参数，例如有效折射率neff，群折射率ng和耦合系数κ等。此时，可以采用下述公式根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数：
Figure BDA0002731473500000181
其中，neff，ng和κ为所述特征参数，neff用于表示所述共振器的有效折射率，ng用于表示所述共振器的群折射率，κ为所述共振器的耦合系数；w，h和g为所述波导的实际物理参数，w用于表示所述环外波导的宽度，h用于表示所述环外波导的高度，g用于表示所述环外波导和环形波导之间的间距，λ用于表示所述共振器的谐振波长；
Figure BDA0002731473500000182
为所述参数矩阵。
在具体实施中，所述共振器中的波导具有色散效应，所述共振器的实际的谐振波长会由于波导的色散效应相对于预设的波长发生变化，当所述共振器的特征参数为链路参数时，可以首先确定共振器的实际的谐振波长，并根据所述共振器的实际的谐振波长确定所述共振器对应的参数矩阵，例如，可以在所述共振器在各个预设波长下的参数矩阵中，选择在与谐振波长接近的预设波长下的参数矩阵作为所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵，因此可以得到真实准确的参数矩阵，进而可以精确地计算共振器中波导的实际物理参数，避免波导的色散效应导致的谐振波长与预设的波长不一致的问题。
在本发明的一个非限制性实施例中，在步骤S303之后可以执行步骤S501至步骤S508，以验证共振器的参数矩阵是否准确，以及验证上述根据共振器的频谱确定特征参数的方法是否准确。
参考图7，图7是本发明实施例中一种虚拟晶圆的建立方法的流程示意图。所述方法可以用于根据真实晶圆建立对应的虚拟晶圆，所述虚拟晶圆可以用于描述真实晶圆上的器件中波导的物理参数的分布。
图7所述的虚拟晶圆的建立方法可以包括如下步骤：
步骤S701：提供晶圆，所述晶圆上具有多个共振器，所述共振器包括：环外波导和环形波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
步骤S702：通过测量的方式确定各个共振器的特征参数；
步骤S703：根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环外波导和环形波导，所述实际物理参数包括环外波导和环形波导之间的间距；
步骤S704：根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
在步骤S701的具体实施中，所述多个共振器在晶圆中随机分布，有关步骤S701至S703的更多详细内容可以参照前文以及图1至图5及其相关描述，此处不再赘述。
在步骤S704的具体实施中，根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆的步骤可以包括：计算所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值；根据所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值和滤波器，确定所述晶圆的虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
进一步地，可以采用下述公式根据所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值和滤波器，确定所述晶圆的虚拟晶圆：f(x,y)＝h(x,y)*g(x,y)；其中，f(x,y)用于表示虚拟晶圆，也即所述实际物理参数在真实晶圆上的分布，h(x,y)用于表示计算得到的所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值，g(x,y)用于表示含有预设的相干长度的高斯滤波器。也即，将计算得到的所述各个共振器中波导的实际物理参数的统计值与含有预设的相干长度的高斯滤波器进行卷积，即可得到虚拟晶圆。其中，所述相干长度可以由晶圆中共振器的位置参数和每个位置上的共振器的特征参数统计计算确定。
由上，本发明实施例的方案中，晶圆上具有多个包含环外波导和环形波导的共振器，通过测量的方式确定所述共振器的特征参数，并根据所述共振器的特征参数和预设的参数矩阵之间的数学关系计算得到各个共振器中波导的实际物理参数，再根据各个共振器中波导的实际物理参数可以进一步得到用于表征波导实际物理参数分布的虚拟晶圆。本发明实施例中的共振器中的环外波导位于环形波导以外且环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系放置，环外波导与环形波导之间存在一定的间距，因此计算得到的波导的实际物理参数中可以包括环外波导与环形波导之间的间距，由此，根据波导的实际物理参数建立的虚拟晶圆可以表征所述共振器中环外波导与环形波导之间的间距的情况。
进一步地，本领域技术人员可以理解，建立虚拟晶圆后，可以预测在相同的制造工艺条件下器件的良率，并通过与设计物理参数进行比较，从而得知制造工艺对于器件的物理参数的影响，以便后续进行工艺优化，或者根据得到的虚拟晶圆提前对设计进行补偿，提高良率。
参考图8，图8示出了本发明实施例中一种波导参数的提取系统的结构示意图。所述波导参数的提取系统主要包括：
测量装置81，用于通过测量的方式确定晶圆上共振器的特征参数，其中，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
计算装置82，用于根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。
具体而言，所述波导参数的提取系统可以集成有测量装置81和计算装置82，其中所述测量装置81可以是集成有光学仪器的设备(图未示)，例如可以是晶圆级自动化测量设备；所述计算装置82可以是各种恰当的计算设备，例如可以是电脑等，用于计算共振器中波导的实际物理参数。
进一步地，测量装置81也可以集成有计算设备(图未示)，该计算设备可以用于根据光学仪器扫描得到的共振器的频谱确定该共振器的谐振波长。该计算设备可以与计算装置82的计算设备为同一计算设备。
进一步地，所述系统还可以集成有提供装置(图未示)，所述提供装置可以是制造晶圆的设备，例如可以是形成包含大量随机放置共振器的晶圆版图，并根据所述晶圆版图制造完成所述晶圆的设备。所述提供装置(图未示)可以用于提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵。
关于该波导参数的提取系统的原理、具体实现、工作方式和有益效果请参照前文描述的波导参数的提取方法的相关描述，此处不再赘述。
参考图9，图9示出了本发明实施例中一种虚拟晶圆的建立系统的结构示意图。所述虚拟晶圆的建立系统主要包括：
测量装置91，用于通过测量的方式确定晶圆上多个共振器的特征参数，其中，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
计算装置92，用于根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距；
建立装置93，用于根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
关于该虚拟晶圆的建立系统中测量装置91、计算装置92的具体内容可以参考前文描述的波导参数的提取系统的相关描述，在此不再赘述。
需要指出的是，建立装置93也可以是各种恰当的计算设备，所述建立装置93与计算装置92可以是两个不同的计算设备，也可以合并为同一计算设备，也即，由同一计算设备计算各个共振器中波导的实际物理参数并根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆。
进一步地，所述虚拟晶圆的建立系统还可以集成有提供装置(图未示)，所述提供装置可以是制造晶圆的设备，例如可以是形成包含大量随机放置共振器的晶圆版图，并根据所述晶圆版图制造完成所述晶圆的设备。所述提供装置(图未示)可以用于提供晶圆，所述晶圆上具有多个共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵。
更多关于该虚拟晶圆的建立系统的原理、具体实现、工作方式和有益效果可以参照前文描述的虚拟晶圆的建立方法的相关描述，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种波导参数的提取方法，其特征在于，包括：
提供晶圆，所述晶圆上具有共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
通过测量的方式确定所述共振器的特征参数；
根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。
2.根据权利要求1所述的波导参数的提取方法，其特征在于，所述共振器中的波导具有设计物理参数，所述设计物理参数包括环形波导和环外波导之间的设计间距，所述提供晶圆之前，还包括：
根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵；
验证所述共振器的参数矩阵的准确性。
3.根据权利要求2所述的波导参数的提取方法，其特征在于，验证所述共振器的参数矩阵的准确性包括:
生成一组随机物理参数，所述随机物理参数具有预设的均值和标准差，所述随机物理参数的均值为所述共振器中波导的设计物理参数；
对于各个随机物理参数，分别采用计算的方式确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数；
根据所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的特征参数和波导传输方程分别确定所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的频谱；
分别为所述共振器中波导的物理参数为各个随机物理参数时所述共振器的的频谱添加预设信噪比的高斯白噪声，得到多个模拟频谱；
根据各个模拟频谱，分别确定每个模拟频谱的特征参数，记为模拟特征参数；
根据所述模拟特征参数和所述参数矩阵，分别计算每个随机物理参数对应的模型物理参数；
计算各个模型物理参数的均值和标准差；
将所述随机物理参数的均值和标准差与所述模型物理参数的均值和标准差进行比较，如果所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的均值的差值小于等于第一预设差值，且所述随机物理参数的均值与所述模型物理参数的标准差的差值小于等于第二预设差值，则确定所述共振器的参数矩阵是准确的。
4.根据权利要求2所述的波导参数的提取方法，其特征在于，所述共振器的参数矩阵为多个，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器的参数矩阵包括：
设定一组预设波长；
对于每个预设波长，根据所述共振器中波导的设计物理参数，确定所述共振器在所述每个预设波长下的参数矩阵。
5.根据权利要求4所述的波导参数的提取方法，其特征在于，通过测量的方式确定所述共振器的特征参数包括：
扫描所述共振器，确定所述共振器的频谱；
根据所述共振器的频谱确定所述共振器的特征参数。
6.根据权利要求5所述的波导参数的提取方法，其特征在于，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数包括:
根据所述共振器的频谱确定所述共振器的谐振波长；
根据所述谐振波长，在所述共振器在所述各个预设波长下的参数矩阵中确定所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵；
根据所述共振器在所述谐振波长下的参数矩阵和所述共振器的特征参数计算所述共振器中波导的实际物理参数。
7.根据权利要求6所述的波导参数的提取方法，其特征在于，采用下述公式，根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数：
Figure FDA0002731473490000031
其中，neff，ng和κ为所述特征参数，neff用于表示所述共振器的有效折射率，ng用于表示所述共振器的群折射率，κ为所述共振器的耦合系数；w，h和g为所述波导的实际物理参数，w用于表示所述环外波导的宽度，h用于表示所述环外波导的高度，g用于表示所述环形波导和环外波导之间的间距，λres用于表示所述共振器的谐振波长；
Figure FDA0002731473490000032
为所述参数矩阵。
8.一种虚拟晶圆的建立方法，其特征在于，包括：
提供晶圆，所述晶圆上具有多个共振器，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
通过测量的方式确定各个共振器的特征参数；
根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距；
根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
9.一种波导参数的提取系统，其特征在于，所述系统包括：
测量装置，用于通过测量的方式确定晶圆上的共振器的特征参数，其中，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
计算装置，用于根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算所述共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距。
10.一种虚拟晶圆的建立系统，其特征在于，所述系统包括：
测量装置，用于通过测量的方式确定晶圆上多个共振器的特征参数，其中，所述共振器包括：环形波导和环外波导，所述环外波导位于所述环形波导以外且所述环外波导的至少一部分与所述环形波导的至少一部分具有平行关系，所述共振器具有预设的参数矩阵；
计算装置，用于根据所述参数矩阵和所述特征参数，计算各个共振器中波导的实际物理参数，所述波导包括所述环形波导和环外波导，所述实际物理参数包括环形波导和环外波导之间的间距；
建立装置，用于根据所述各个共振器中波导的实际物理参数，建立虚拟晶圆，所述虚拟晶圆用于表征所述实际物理参数在所述晶圆上的分布。
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