宽带高效聚焦的片上集成纳米透镜

• 作者: 王慧琴 田梓聪 胡晨岩 路翠翠 郭遗敏
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 纳米透镜 宽带高效聚焦 片上集成 智能算法
• 年，卷（期）: 2020,（24）
• 所属期刊栏目: 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
• 页码范围: 130-136
• 页数: 7页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.69.20200948

摘要

在光学材料与器件中, 由于不同波长的光会以不同速度传播, 因此一束复色光经过单个光学器件后会产生色散, 导致普通透镜不同波长的光无法合焦. 传统的聚焦系统可通过叠加多个透镜解决这一问题, 但这是以增加系统的复杂度、质量和成本为代价, 不适用于高集成度的纳米光学系统. 目前比较好的解决方法是平面超透镜, 即利用超表面对各点的振幅、相位、偏振等进行空间调控, 达到合焦的目的, 但这种平面超透镜难以直接片上集成. 本文将有限元法与遗传算法相组合发展出一种智能算法, 优化出一种宽带高效聚焦的片上集成纳米透镜. 该透镜尺寸只有2 μm × 2 μm, 可实现波长从470 nm至1734 nm的低色散聚焦, 能将大小为2 μm的激光光束通过透镜与波导的耦合聚焦成200 nm以下的光束, 耦合传播效率可达80％以上. 同时, 该智能算法能够适用于不同的纳米结构, 均可获得类似的聚焦效果和高效的耦合传播效率. 该工作为宽带高效的纳米透镜提供了重要思路, 也为实现高密度集成的纳米光子器件提供了新途径.