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轴对称、可调谐且多尺度多波长超表面透镜的全波麦克斯韦逆设计

Fullwave Maxwell inverse design of axisymmetric, tunable, and multi-scale multi-wavelength metalenses.

作者信息

Christiansen Rasmus E, Lin Zin, Roques-Carmes Charles, Salamin Yannick, Kooi Steven E, Joannopoulos John D, Soljačić Marin, Johnson Steven G

出版信息

Opt Express. 2020 Nov 9;28(23):33854-33868. doi: 10.1364/OE.403192.

DOI:10.1364/OE.403192
PMID:33182865
Abstract

We demonstrate new axisymmetric inverse-design techniques that can solve problems radically different from traditional lenses, including reconfigurable lenses (that shift a multi-frequency focal spot in response to refractive-index changes) and widely separated multi-wavelength lenses (λ = 1 µm and 10 µm). We also present experimental validation for an axisymmetric inverse-designed monochrome lens in the near-infrared fabricated via two-photon polymerization. Axisymmetry allows fullwave Maxwell solvers to be scaled up to structures hundreds or even thousands of wavelengths in diameter before requiring domain-decomposition approximations, while multilayer topology optimization with ∼10 degrees of freedom can tackle challenging design problems even when restricted to axisymmetric structures.

摘要

我们展示了新的轴对称逆设计技术,这些技术能够解决与传统透镜截然不同的问题,包括可重构透镜(可根据折射率变化移动多频焦点)和宽间隔多波长透镜(波长分别为1微米和10微米)。我们还给出了通过双光子聚合制造的轴对称逆设计近红外单色透镜的实验验证。轴对称性使全波麦克斯韦求解器在需要区域分解近似之前,能够扩展到直径达数百甚至数千个波长的结构,而具有约10个自由度的多层拓扑优化即使限于轴对称结构,也能解决具有挑战性的设计问题。

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