反向设计功能光子贴片的伴随优化与广义Mie理论耦合
摘要：通过将伴随优化方法和二维广义Mie理论（2D-GMT）相结合，我们提出了一种严格的逆向设计功能光子结构的方法，用于优化尺寸为有限的介质纳米圆柱阵列，以展示所需功能。我们将这些功能散射结构称为“光子贴片”。我们简要介绍了2D-GMT的形式化表述以及实施伴随优化算法到具有设计辐射特性的光子贴片所需的关键步骤。具体而言，我们展示了几个周期和非周期光子贴片的示例，这些光子贴片具有优化的纳米圆柱半径和排列方式，用于辐射成形，在菲涅尔区域内进行波前聚焦，并在微米尺寸区域内增强多个波长的局部态密度（LDOS）。此外，我们系统地比较了不同尺寸的周期和非周期贴片的性能，并发现优化的非周期Vogel螺旋几何形状相比其周期性对应物具有明显的色差聚焦优势。我们的结果表明，伴随优化与2D-GMT相结合是一种用于紧凑光子器件逆向设计的强大方法，这些器件在多重散射范围内具有所需的最佳功能。与标准数值优化技术相比，我们的方法无需进行空间网格化，提供了高效的解决方案，并大大降低了计算负担，并为芯片上的光子学和超材料技术提供了紧凑设备的几何形状建议。
作者：Yilin Zhu, Yuyao Chen, Sean Gorsky, Tornike Shubitidze, Luca Dal Negro
论文ID：2302.02835
分类：Optics
分类简称：physics.optics
提交时间：2023-07-19