纳米光子学中任意色散材料的自由形式逆向设计

过去几十年中，纳米结构通过工程化光与物质相互作用，实现了传统体光学所不可能具备的无数功能，从而解锁了纳米光子学中的大量功能。由于纳米加工技术可实现种类繁多的光学材料与几何结构，可供设计的参数空间实际上不受限制。因此，计算方法对于高效搜索最优解必不可少。在本文中，我们实现了具有任意色散与各向异性的线性光学材料在三维下的自由形式逆向设计。这是通过将基于复共轭极点-留数对模型的伴随方法嵌入适用于高性能计算系统的并行时域有限差分求解器中实现的。我们的方法在间隙区域场增强这一典型纳米光子学问题上进行了测试。所获得的金属与介电材料的自由形式设计满足了关于三维中优化纳米结构外观的基本好奇。我们的方法揭示的非常规自由形式设计，尽管以当前技术可能具有挑战性或不可行，却为光如何与纳米结构相互作用带来了新见解，并可为前向设计提供新思路。