基于介电球阵列的光学元件逆向设计
光学
2018-06-27 v1
摘要
波长尺度散射体阵列是一种颇具前景的平台，可用于设计紧凑占空比的光学元件。该系统大量的自由度使其具备独特且丰富的功能。然而，众多变量也带来了复杂的设计问题。虽然直观的正向设计方法适用于简单光学元件，却常无法设计出复杂元件，尤其是包含多个元件者。我们提出一种基于伴随优化（或灵敏度分析）与广义多球Mie理论的大型波长尺度球阵列逆向设计方法，以解决该设计问题。我们通过设计两组散射体分别位于亚波长和超波长周期栅格上的光学元件来验证方法。两组均包含一个单透镜和一个双透镜，分别由一层和两层球构成，设计波长均为1550 nm。亚波长（超波长）周期结构设计的数值孔径约为0.33（约0.5）。我们发现，在亚波长周期下，单透镜与双透镜所产生焦斑的半高全宽小于具有相同几何参数的理想透镜。最后，我们模拟了双透镜在真实实验场景下的情形，即球体置于具有相同折射率的衬底上。我们发现性能相近，但焦斑强度更低、光斑尺寸更大。本文方法将简化基于指定优值指标的复杂多功能光学元件及/或基于散射体阵列的体积光学的设计流程。
引用
@article{arxiv.1806.06268,
title = {Inverse design of optical elements based on arrays of dielectric spheres},
author = {Alan Zhan and Taylor K. Fryett and Shane Colburn and Arka Majumdar},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.06268},
year = {2018}
}