基于快速直接求解器的厘米级柱面超表面全波设计
计算物理
2023-08-21 v1 光学
摘要
大规模超表面有望为从成像到模拟计算的宏观光学功能带来纳米光子学性能提升。然而，厘米级芯片与微米级波长间的尺度失配阻碍了传统全波仿真技术的使用，并迫使采用大幅近似。在此，我们表明，将“快速直接”积分方程仿真技术适配于超表面的外形尺寸，可为准确高效的全波大规模超表面仿真提供可能。对于柱面（二维）超表面，我们展示了其求解时间随超表面直径线性缩放的准确仿真。此外，该求解器存储了关于仿真域的压缩信息，可在多次设计迭代中复用。我们通过两项设计展示了求解器的能力：其一，直径为 20,000 个波长的高效率、高数值孔径超透镜；其二，高效率、大束宽光栅耦合器。后者对应于标准通信波长下的毫米级光束设计，而前者在 500 nm 可见光波长下对应于 1 cm 的设计直径，系通过麦克斯韦方程组的全仿真创建。
引用
@article{arxiv.2308.08569,
title = {Fullwave design of cm-scale cylindrical metasurfaces via fast direct solvers},
author = {Wenjin Xue and Hanwen Zhang and Abinand Gopal and Vladimir Rokhlin and Owen D. Miller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.08569},
year = {2023}
}
备注
11 pages, 6 figures