纳米光子设计的根本极限

纳米级制造技术、计算逆向设计，以及从硅光子学到超表面光学等领域，正在实现对纳米光子学中数量空前的结构自由度的变革性利用。一个关键需求是理解通过工程化纳米光子结构所能达到的极端极限。本论文建立了首个识别光—物质相互作用根本极限的通用理论框架。它推导了纳米光子学中各类应用的界限，包括远场散射、最优波前整形、光学光束切换和波通信，以及光学器件的微型化，包括完美吸收体、线性光学模拟计算单元、共振光学传感器、多层薄膜和高数值孔径金属透镜。这些界限源于激发响应中极化场必须满足的无限组物理约束。这些约束编码了单情景散射中的功率守恒以及多情景散射中必需的场关联。本论文开发的框架涵盖通用线性波散射动力学，为理解纳米光子学及更广领域中最优设计及其根本极限提供了新途径。