CN118169872A - 低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，通过确定光子引线键合中传输波导的初始位置后，得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率；得到传输波导的传输损耗函数；确定直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量；得到转换后的传输损耗函数；求解直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的位置系数；获得转换后的传输损耗函数最小值时的最优剩余位置系数；将得到的位置系数和得到的最优剩余位置系数代入直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量，即可得到光子引线键合波导轨迹。本发明能够获得基于光子引线键合的低损耗三维波导的中心线轨迹，由该轨迹来实现三维空间内任意形状和尺寸的光波导，损耗低、耦合效率高、自由度高。

Description

低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法

技术领域

本发明涉及一种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，属于三维波导技术领域。

背景技术

近些年，随着光电子领域技术的快速发展，绝缘体上的硅、氧化硅平面光波导、氮化硅、III-V族化合物(包含lnP)、铌酸锂、聚合物等多种材料体系被用于研发单片或混合集成的光子芯片，以满足通信和传感领域对信息的产生、传输、处理、探测等方面日益增长的需求。光电子学目前的特点是多种材料平台共存，它们都有各自的优缺点，没有一个平台可以在可接受的成本范围内提供所有光子器件的优异功能。为了克服这一缺点，充分利用各种材料的优势，创建一种可扩展的光学互连技术将各种材料集成在一起至关重要。

借助集成电路中金属引线键合技术的思路，人们提出光子引线键合(PhotonicWire Bonding，PWB)技术，其基本思路为采用高能量的脉冲光束，使光刻胶特定位置发生多光子聚合作用，显影后形成三维的聚合物波导，在异质材料的光波导间形成连接。如图1，主要通过以下步骤实现：1)将不同的光子芯片放置在同一基底上(可以设计基底的形状以补偿不同芯片之间的高度差)，使待连接的光波导相互靠近；2)在需要的波导互连区域涂上光刻胶；3)借助机器视觉技术检测波导截面或耦合结构的实际位置，并计算三维聚合物波导的空间结构；4)进行双光子曝光，形成三维聚合物波导，显影去除未曝光的光刻胶；5)在波导外围涂上低折射率的包层材料，经过紫外固化后得到稳定的聚合物波导。

该技术具有以下优点：能够连接各种异质芯片上的光子器件，不受材料限制，绝大部分的光子集成平台都可以采用该技术；聚合物波导在形成过程中可以有效地转换模场尺寸，与不同芯片上不同结构和尺寸的光波导相匹配；芯片间的预组装精度要求低，允许待连接的波导空间位置上有一定误差，大大降低了光学系统的组装难度；耦合效率高，聚合物波导的插入损耗可以优化到0.5dB以下，几乎不影响光子集成芯片的综合性能。总之，该技术可以实现高性能的异质芯片集成系统，技术灵活且成本低，可替代依赖于技术复杂且昂贵的高精度对准的常规光学装配技术。

然而，在光子引线键合技术能真正大规模应用之前，仍有不少优化工作需要完成，其中提高耦合效率是关键之一。光子引线的损耗可分为不同材料连接界面的模式耦合损耗和聚合物波导的传输损耗，而传输损耗又包括材料吸收损耗、散射损耗，以及波导弯曲损耗、扭转损耗等。材料吸收是所有波导中固有的损耗机制，无法避免，常见的聚合物材料由于分子振荡的激发会导致较明显的吸收损耗，分子振荡与工作波长有关。材料散射损耗分为瑞利散射和表面散射。瑞利散射由波导中的不均匀性造成，当不均匀性比工作波长小时会产生较为严重的瑞利散射，因此为了减小瑞利散射，需要确保双光子曝光过程中聚合物分子形成均匀的联结和聚合，以及准备过程中确保样品和化学物质洁净均匀。表面散射是由波导表面的粗糙度和不均匀性造成的，直接与波导表面质量相关联。三维聚合物波导的制作步骤主要是曝光和显影，因此其粗糙度与光束大小、成像系统的衍射、光刻胶的特性、显影的配比和时间等均有关系，此外表面散射损耗还和包层材料的性质有关。总之，吸收损耗和散射损耗主要是由材料特性和制造工艺决定的，往往需要通过多次尝试获得经验参数，难以预先进行设计优化。

相比而言，弯曲损耗与聚合物波导的形状和轨迹密切相关，是可以在制造之前预先计算和优化的。弯曲损耗产生的原因可解释为：在弯曲波导中外侧的电场分量行进更长的距离，为了与波导内侧的场分量保持同相，从而保持平面波前，外部场分量必须以更高的速度传播。然而由于外部区域的速度不能超过局部光速，等相位面开始弯曲，能量转移到辐射模式，曲率半径越小能量转移越多，因此弯曲损耗与曲率半径有很强的关联。

实际中三维聚合物波导的形状和轨迹设计非常复杂，因为待互连芯片放置位置不确定，在三维空间中聚合物波导的起点、终点、长度、走向等需要根据具体情况随时调整，此外在某些情况下还会有障碍物阻挡波导轨迹导致损耗增加，如芯片边缘、其它聚合物波导、光刻胶残渣等。在理想情况下聚合物波导长度越小越能减小吸收损耗和散射损耗，但很可能带来弯曲损耗的增大，此外在波导曝光显影的过程中可能会造成波导局部扭转。因此，寻找一个光子引线键合理论模型，尽可能地考虑到各种损耗影响因素，在待互连波导位置任意的前提下，能自动化地快速完成波导形状和轨迹计算，获得最优的低损耗轨迹，是光子引线键合技术必须解决的关键问题。

到目前位置，虽然不少研究成果已经报道了各种光子引线键合波导的理论和实验结果，但这些结果暂时还停留在实验室阶段，一个较低损耗波导往往是经过多次实验参数调试得到的。关于波导轨迹的生成方法极少有人研究，而这又是减小耦合损耗的关键，因此本发明旨在提供一种三维波导自由轨迹生成方法，为低损耗聚合物波导的设计特别是后期各种波导的高度自动化制造提供参考，其中自由轨迹生成方法是指在待互连波导位置任意的前提下，能自动化地快速完成波导形状和轨迹计算，获得最优的低损耗轨迹。

上述问题是在三维波导自由轨迹生成过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法解决现有技术中存在的如何得到低耦合损耗的三维波导自由轨迹的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，包括以下步骤，

S1、确定光子引线键合中传输波导的初始位置后，得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率P(L)；

S2、得到传输波导的传输损耗函数；

S3、确定直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量 其中，x(t)＝a_x0t⁵+a_x1t⁴+a_x2t³+a_x3t²+a_x4t+a_x5，y(t)＝b_y0t⁵+b_y1t⁴+b_y2t³+b_y3t²+b_y4t+b_y5，z(t)＝c_z0t⁵+c_z1t⁴+c_z2t³+c_z3t²+c_z4t+c_z5(1)，其中，t为将传输波导的轨迹的总弧长归一化后得到的参数，x(t),y(t),z(t)分别为t对应的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标，a_x0、a_x1、a_x2、a_x3、a_x4、a_x5、b_x0、b_x1、b_x2、b_x3、b_x4、b_x5、c_x0、c_x1、c_x2、c_x3、c_x4、c_x5分别为位置系数，T表示转置；

S4、确定传输波导的曲率K(s)，得到转换后的传输损耗函数；

S5、将传输波导的轨迹的总弧长L进行归一化，得到轨迹初始条件，进而求解步骤S3中直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的位置系数；

S6、对直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的剩余位置系数，采用拟牛顿算法或粒子群算法进行迭代求解，获得转换后的传输损耗函数最小值时的最优剩余位置系数；

S7、将步骤S5得到的位置系数和步骤S6得到的最优剩余位置系数代入直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量即可得到光子引线键合波导轨迹。

进一步地，步骤S1中，得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率P(L)：

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，P(0)表示初始功率，传输波导的轨迹的总弧长s表示传输波导的轨迹中某位置即从初始位置开始轨迹所经过的弧长，γK(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的轨迹中s处的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗。

进一步地，步骤S2中，得到传输波导的传输损耗函数，具体为，在传输波导没有障碍物时，得到无障碍物传输损耗函数；在传输波导有障碍物时，得到含障碍物传输损耗函数。

进一步地，步骤S2中，得到无障碍物传输损耗函数

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，s表示传输波导的轨迹的弧长，γK(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗。

进一步地，步骤S2中，得到含障碍物传输损耗函数

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，K(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗，g(r)表示因障碍物引起的额外损耗。

进一步地，步骤S4中，确定传输波导的曲率K(s)，得到转换后的传输损耗函数，具体为，

S41、根据曲线曲率的定义，得到其中，s表示传输波导的轨迹中某位置即从初始位置开始轨迹所经过的弧长，t为将传输波导的轨迹的总弧长归一化后得到的参数，其中，/>是位置向量/>的导数的模长，确定传输波导的曲率其中，/>和/>分别是位置向量/>关于t的一阶导数和二阶导数；

S42、在传输波导没有障碍物时，得到转换后的无障碍物传输损耗函数 在传输波导有障碍物时，得到转换后的含障碍物传输损耗函数/>

本发明的有益效果是：该种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，与现有技术相比，能够获得基于光子引线键合的低损耗三维波导的中心线轨迹，由该轨迹来实现三维空间内任意形状和尺寸的光波导，用于多种材料光子集成芯片之间的光耦合，损耗低、耦合效率高、自由度高。

附图说明

图1是光子引线键合波导的制作步骤。

图2是本发明实施例低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法的流程示意图；

图3是实施例中混合集成光子芯片的说明示意图；

其中，1：金属电极一；2：SiO2绝缘层；3：p型InP层；4：多量子阱层；5：n型InP层；6：InP衬底；7：金属电极二；8：起始转换波导；9：传输波导；10：结束转换波导；11：结束锥形波导；12：锥形波导区域；13：锥形合路区域；14：铌酸锂薄膜；15：SiO2层；16：硅衬底。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例提供一种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，如图2，包括以下步骤，

S1、确定光子引线键合中传输波导的初始位置后，得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率P(L)。

步骤S1中，对于与长度相关的损耗，沿光传播方向的功率可用初始功率的指数衰减来描述，令α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，则得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率P(L)：

其中，P(0)表示初始功率，传输波导的轨迹的总弧长s表示传输波导的轨迹中某位置即从初始位置开始轨迹所经过的弧长，γK(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的轨迹中s处的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗。

S2、得到传输波导的传输损耗函数。具体为，在传输波导没有障碍物时，得到无障碍物传输损耗函数；在传输波导有障碍物时，得到含障碍物传输损耗函数。

步骤S2中，得到无障碍物传输损耗函数

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，s表示传输波导的轨迹的弧长，γK(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗。

步骤S2中，得到含障碍物传输损耗函数

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，K(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗，g(r)表示因障碍物引起的额外损耗。

其中，因障碍物引起的额外损耗g(r)＝g_x(x,y)g_y(x,y)g(z)，g(r)可以取多种形式如矩形、高斯型等，但需满足g(r)>0，即当光子引线键合波导与障碍物交叉时会增加的值，而求取/>的最小值会使波导绕过障碍物，即可避免与障碍物交叉。由于大部分障碍物不规则，加大了障碍物函数的选取难度。最简单的情况下，可以用一个长方体将障碍物尽可能包住，但由于长方体只是一个理想模型，占据空间较大，会增加波导轨迹的计算难度，甚至增加损耗，并且用长方体代表障碍物会导致结果与现实不符。此处在x,y,z三个方向上分别采用x_p0至x_p1，y_p0至y_p1，z_p0至z_p1的正态分布函数来代表障碍物，g(r)的最高值在障碍物中心，于是有：

g(r)＝g_x(x,y)g_y(x,y)g(z)

其中，x_p0和x_p1、y_p0和y_p1、z_p0和z_p1分别表示障碍物在x轴、y轴、z轴上的起始位置和结束位置，τ为障碍物函数在x、y、z方向的积分变量，g_x(x,y)、g_y(x,y)、g(z)分别表示相对于x_p0和x_p1，y_p0和y_p1，z_p0和z_p1的位置的大小，δ表示正态分布的方差的平方根。

由此可见，光子引线键合波导轨迹仍是一个三维多项式，与无障碍物时相同，只需要将传输损耗函数替换成含有障碍物因子g(r)的传输损耗函数即可，因此可以生成一个光子引线键合波导轨迹。

S3、确定直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量 其中，x(t)＝a_x0t⁵+a_x1t⁴+a_x2t³+a_x3t²+a_x4t+a_x5，y(t)＝b_y0t⁵+b_y1t⁴+b_y2t³+b_y3t²+b_y4t+b_y5，z(t)＝c_z0t⁵+c_z1t⁴+c_z2t³+c_z3t²+c_z4t+c_z5(1)，其中，t为将传输波导的轨迹的总弧长归一化后得到的参数，x(t),y(t),z(t)分别为t对应的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标，a_x0、a_x1、a_x2、a_x3、a_x4、a_x5、b_x0、b_x1、b_x2、b_x3、b_x4、b_x5、c_x0、c_x1、c_x2、c_x3、c_x4、c_x5分别为位置系数，T表示转置；

S4、确定传输波导的曲率K(s)，得到转换后的传输损耗函数。

S41、根据曲线曲率的定义，得到其中，s表示传输波导的轨迹中某位置即从初始位置开始轨迹所经过的弧长，t为将传输波导的轨迹的总弧长归一化后得到的参数，其中，/>是位置向量/>的导数的模长，确定传输波导的曲率其中，/>和/>分别是位置向量/>关于t的一阶导数和二阶导数；

S42、在传输波导没有障碍物时，得到转换后的无障碍物传输损耗函数在传输波导有障碍物时，得到转换后的含障碍物传输损耗函数/>

S5、将传输波导的轨迹的总弧长L进行归一化，得到轨迹初始条件，进而求解步骤S3中直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的位置系数；

步骤S5中，得到轨迹初始条件，进而求解步骤S3中直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的位置系数，具体为，

S51、用自变量t由0到1的参数函数代替传输波导的轨迹的总弧长L，使弧长归一化，t＝0表示轨迹起点，t＝1表示轨迹终点，用表示传输波导轨迹的方向向量，得到轨迹初始条件为：

其中，分别为在t＝0和t＝1时的位置向量，/>分别为在t＝0和t＝1时的方向向量。

S52、根据轨迹初始条件求解出多项式的部分系数以及部分系数关系如下：

其中，a_x0、a_x1、a_x2、a_x3、a_x4、a_x5、b_x0、b_x1、b_x2、b_x3、b_x4、b_x5、c_x0、c_x1、c_x2、c_x3、c_x4、c_x5分别为位置系数，分别指位置向量/>中的第一个、第二个、第三个值。分别指位置向量/>中的第一个、第二个、第三个值。分别指方向向量/>中的第一个、第二个、第三个值。分别指方向向量/>中的第一个、第二个、第三个值。

S53、式(10)中任一分母为0，对应分子即为0，由式(10)关系可见，根据初始位置可以确定a_x5，b_y5，c_z5的值；根据初始方向/>可以确定a_x4，b_y4，c_z4之间的关系，因此可以将b_y4和c_z4写成a_x4的形式，仅保留a_x4作为未知数；接着根据终点位置/>的三个关系式可以用其它系数表示a_x3，b_y3，c_z3以此消去它们；再根据终点方向/>的连等式可以用其它系数表示a_x2，b_y2，c_z2之间的关系，并以此消去b_y2，c_z2。

于是，带入轨迹初始条件后的传输损耗函数保留了a_x0，b_y0，c_z0，a_x1，b_y1，c_z1，a_x4，a_x2八个未知数，这些系数可以用拟牛顿算法或粒子群算法进行迭代求解得到。进而得到系数b_y4，c_z4，a_x3，b_y3，c_z3，b_y2，c_z2：

S6、对直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的剩余位置系数，采用拟牛顿算法或粒子群算法进行迭代求解，获得转换后的传输损耗函数最小值时的最优剩余位置系数。

步骤S6中，可以在无其它约束条件的前提下，避免轨迹长度和弯曲强度的过多损耗，求出符合传输损耗函数最小值的剩余位置系数。

S7、将步骤S5得到的位置系数和步骤S6得到的最优剩余位置系数代入直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量即可得到光子引线键合波导轨迹。

该种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，与现有技术相比，能够获得基于光子引线键合的低损耗三维波导的中心线轨迹，由该轨迹来实现三维空间内任意形状和尺寸的光波导，用于多种材料光子集成芯片之间的光耦合，损耗低、耦合效率高、自由度高。

该种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，适用于光电子领域的异质材料集成中，能够生成一个低损耗光子引线键合波导轨迹，采用该方法形成的三维空间自由轨迹波导表面具有很高的光滑度，实现表面散射损耗极小化。进而可通过一定结构实现多种材料光子芯片之间的耦合集成。采用实施例方法形成的三维空间自由轨迹波导损耗包含传输损耗、弯曲损耗、扭转损耗、障碍物损耗等，其总损耗小于3dB。采用该方法形成的三维空间自由轨迹波导具有很高的空间自由度，能够绕过障碍物，障碍物尺寸小于三维自由空间轨迹波导尺寸。

采用实施例的该种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法制作光子引线键合波导制作包括以下步骤：(1)将不同的光子芯片放置在同一基底上；(2)在需要的波导互连区域涂上光刻胶，需要知道该光刻胶材料沿光传播方向单位长度下的功率损耗；(3)利用共聚焦显微镜检测波导截面或耦合结构的实际位置即得到波导轨迹的两端的位置向量和方向向量，并通过实施例方法得到传输波导的中心线轨迹，采用设定的横截面形状及大小，本例中采用圆形；进行双光子曝光，形成光子引线键合波导，显影去除未曝光的光刻胶。

图3是实施例中混合集成光子芯片的说明示意图。如图3，混合集成光子芯片包括激光器和边缘耦合器以及光子引线键合波导，激光器和边缘耦合器通过光子引线键合波导实现光学连接和耦合。光子引线键合波导包括起始转换波导8、传输波导9、结束转换波导10和结束锥形波导11。

其中，激光器包含金属电极一1、SiO2绝缘层2、p型InP层3、多量子阱层4、n型InP层5、InP衬底6、金属电极二7。其光波导尺寸约为3×1.5μm，出光集中在多量子阱层附近，为一扁椭圆形。边缘耦合器制作在铌酸锂薄膜上，是一个双尖端锥形耦合器，边缘耦合器包括锥形波导区域12、锥形合路区域13、铌酸锂薄膜14、SiO2层15和硅衬底16。双尖端耦合结构比单尖端耦合结构尺寸更小，更适用于高密度集成下的光学芯片，并且两个尖端的模场在锥面上可以相互叠加，使得其与锥形波导以及光子引线键合波导的模式能够更好的匹配，从而减少耦合损耗。一般地，光子引线键合波导还包括起始锥形波导部分，它与结束转换波导11类似，一方面作为上述起始转换波导8或结束转换波导10的引导部分，与对应的光子器件连接，进行光在不同光子器件之间的转换，提高耦合效率；另一方面作为锚定结构，确保光子引线键合波导和光子器件之间的安全粘附。

激光器端的光子引线键合波导截面是椭圆形，边缘耦合器端的光子引线键合波导截面是矩形。传输波导9作为光传输部分，横截面形状为圆形，传输波导9由低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法得到中心线轨迹，能够降低光耦合损耗，提高耦合效率，不仅避免了由于轨迹的强曲率和较长长度引起的损耗，还避免了芯片边缘、其它光子线键、电线或胶水的残渣等障碍物引起的损耗，提高了光耦合效率，还具有更高的自由度和可靠性。起始转换波导8和结束转换波导10遵循直线方向，即遵循起始端口和结束端口的方向；起始转换波导8的模场尺寸与激光器的模场相匹配；结束锥形波导11与结束转换波导10连接处的模场尺寸与边缘耦合器的模场相匹配。起始转换波导8和结束转换波导10的形状渐变，使传输波导9的尺寸得到统一，一方面实现了光子引线键合波导两端的模场尺寸分别与边缘耦合器和锥形波导12相匹配，避免了因模场尺寸不同而导致的光耦合效率下降，降低光耦合的损耗；另一方面避免了光子引线键合波导尺寸过大影响光子芯片集成效率。

该种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法中，传输波导形状包括但不限于椭圆形、矩形、锥形等以及多种形状的组合，横截面积尺寸在0～100×100um²范围内，长度在0～1cm之间。激光器位于lnP平台，边缘耦合器位于硅平台。光子器件也可用于但不限于III－V族、硅基、氮化硅、铌酸锂、聚合物等光子引线键合集成平台。

该种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，得到的轨迹能够实现各种异质材料平台无源光器件之间、无源和有源器件之间，以及片上元件和光纤之间等的连接，从而可实现基于光电传输模块的光互连系统。实施例方法可以改变光子引线键合波导的外部形状，尤其是沿轨迹的波导横截面，有利于实现波导不同部分的对应功能。通过一定结构可以实现不同波导外部形状表面的光滑连接，实现散射损耗的最小化。

以上所述具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。本公开所述方法包括但不限于以上所述的具体实施例，凡在本公开范围内，做出的若干修改、替换和改进，均属于本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、确定光子引线键合中传输波导的初始位置后，得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率P(L)；

S2、得到传输波导的传输损耗函数；

S3、确定直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量其中，x(t)＝a_x0t⁵+a_x1t⁴+a_x2t³+a_x3t²+a_x4t+a_x5，y(t)＝b_y0t⁵+b_y1t⁴+b_y2t³+b_y3t²+b_y4t+b_y5，z(t)＝c_z0t⁵+c_z1t⁴+c_z2t³+c_z3t²+c_z4t+c_z5 (1)，其中，t为将传输波导的轨迹的总弧长归一化后得到的参数，x(t),y(t),z(t)分别为t对应的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标，a_x0、a_x1、a_x2、a_x3、a_x4、a_x5、b_x0、b_x1、b_x2、b_x3、b_x4、b_x5、c_x0、c_x1、c_x2、c_x3、c_x4、c_x5分别为位置系数，T表示转置；

S4、确定传输波导的曲率K(s)，得到转换后的传输损耗函数；

S5、将传输波导的轨迹的总弧长L进行归一化，得到轨迹初始条件，进而求解步骤S3中直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的位置系数；

S6、对直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量中的剩余位置系数，采用拟牛顿算法或粒子群算法进行迭代求解，获得转换后的传输损耗函数最小值时的最优剩余位置系数；

S7、将步骤S5得到的位置系数和步骤S6得到的最优剩余位置系数代入直角坐标系下传输波导轨迹的位置向量即可得到光子引线键合波导轨迹。

2.如权利要求1所述的低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，其特征在于：步骤S1中，得到距离初始位置长度为传输波导的轨迹的总弧长L处传输波导的功率P(L)：

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，P(0)表示初始功率，传输波导的轨迹的总弧长s表示传输波导的轨迹中某位置即从初始位置开始轨迹所经过的弧长，γK(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的轨迹中s处的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗。

3.如权利要求1或2所述的低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，其特征在于：步骤S2中，得到传输波导的传输损耗函数，具体为，在传输波导没有障碍物时，得到无障碍物传输损耗函数；在传输波导有障碍物时，得到含障碍物传输损耗函数。

4.如权利要求3所述的低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，其特征在于：步骤S2中，得到无障碍物传输损耗函数

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，s表示传输波导的轨迹的弧长，γK(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗。

5.如权利要求3所述的低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，其特征在于：步骤S2中，得到含障碍物传输损耗函数

其中，α表示沿光传播方向单位长度下传输波导的吸收损耗，K(s)^θ表示传输波导的弯曲损耗，其中，K(s)表示传输波导的曲率，γ和θ作为自由常数，用来平衡曲率相关损耗，g(r)表示因障碍物引起的额外损耗。

6.如权利要求3所述的低损耗三维传输波导的自由轨迹生成方法，其特征在于：步骤S4中，确定传输波导的曲率K(s)，得到转换后的传输损耗函数，具体为，

S41、根据曲线曲率的定义，得到其中，s表示传输波导的轨迹中某位置即从初始位置开始轨迹所经过的弧长，t为将传输波导的轨迹的总弧长归一化后得到的参数，其中，/>是位置向量/>的导数的模长，确定传输波导的曲率其中，/>和/>分别是位置向量/>关于t的一阶导数和二阶导数；

S42、在传输波导没有障碍物时，得到转换后的无障碍物传输损耗函数 在传输波导有障碍物时，得到转换后的含障碍物传输损耗函数/>