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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2μm×2μm,可实现波长从470 nm至1734 nm的低色散聚焦,能将大小为2μm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.
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