基于伴随法的周期与非周期超表面逆设计方法：具有类随机分布纳米棒的超透镜
光学
2023-11-01 v1 计算物理
摘要
经典的基于伴随的拓扑优化（TO）方法，利用随机连续介电函数作为伴随变量分布，已知是能够实现具有卓越性能光学器件设计的最高效优化方法之一。然而，选择最优解的策略需要对所优化剖面的介电函数进行非常精细的像素化。通常，在优化一个波长宽的一维超光栅时至少需要 28 个像素。这使得将 TO 方法扩展至大规模优化问题极为困难。在本文中，我们引入了一种基于伴随的拓扑优化新概念，能够实现周期与非周期超表面的快速且高效的基于几何的设计。结构由纳米棒构建，其宽度与位置待调整。我们的新方法所需设计参数数量极少，从而大幅减少了计算时间：约一个数量级。因此，该概念使得以创纪录的时间处理大规模结构的优化成为可能。作为概念验证，我们将此方法应用于（i）周期超光栅的设计，优化为在特定方向具有特定响应；以及（ii）介质超透镜（非周期超表面）的设计，实现高能聚焦于明确定义的焦斑。
引用
@article{arxiv.2103.02510,
title = {Inverse design method for periodic and aperiodic metasurfaces based on the adjoint-method: metalens with random-like distributed nano-rods},
author = {Kofi Edee and Mauro Antezza and Brahim Guizal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.02510},
year = {2023}
}
备注
14 pages , 9 figures