arXivDaily arXiv每日学术速递 周一至周五更新
arXiv周末暂无论文更新，休息一下吧，周末愉快~~
arXiv 2409.04551physics.optics
收藏

逆向设计的色散时变纳米结构

Inverse-designed dispersive time-varying nanostructures

Puneet Garg, Jan David Fischbach, Aristeidis G. Lamprianidis, Xuchen Wang, Mohammad S. Mirmoosa, Viktar S. Asadchy, Carsten Rockstuhl, Thomas J. Sturges

发表信息：
Adv. Optical Mater. 2025, 13, 2402444
阅读 PDF
arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

AI总结：

本文提出基于可微T矩阵的逆向设计框架，通过非绝热调制纳米结构电子密度的时间形状，实现时变色散纳米结构的按需光学响应，并展示了偶极子衰减率增强控制和可见光非对称传输超表面设计。

摘要：

时变纳米结构使我们能够控制光的空间和时间特性。纳米结构的时间调制构成了一个额外的自由度，可按需且以可重构的方式控制其散射特性。然而，这些额外参数创造了一个巨大的设计空间，给识别最优设计带来了挑战。因此，必须使用光子逆向设计领域的工具来优化系统的自由度，以实现预定义的光学响应。为了进一步发展这一领域，我们在此引入了一个基于可微转移（T-）矩阵的逆向设计框架，用于色散时变纳米结构。纳米结构材料的电子密度以时间的通用周期函数形式被非绝热地调制。利用该逆向设计框架，可以操控电子密度的时间形状以达到目标功能。我们的计算框架在示例中得到了两个实例的应用。首先，时变球体附近振荡偶极子的衰减率增强可按需控制。其次，利用时空超表面，设计了一个在可见光频率下支持光非对称传输的系统。我们的工作为可编程时空超表面和时空晶体铺平了道路，面向未来一代可重构功能光子器件。

英文摘要：

Time-varying nanostructures allow us to control the spatial and temporal properties of light. The temporal modulation of the nanostructures constitutes an additional degree of freedom to control their scattering properties on demand and in a reconfigurable manner. However, these additional parameters create a vast design space, raising challenges in identifying optimal designs. Therefore, tools from the field of photonic inverse design must be used to optimize the degrees of freedom of the system to facilitate predefined optical responses. To further develop this field, here we introduce a differentiable transition (T-) matrix-based inverse design framework for dispersive time-varying nanostructures. The electron density of the material of the nanostructures is modulated non-adiabatically as a generic periodic function of time. Using the inverse design framework, the temporal shape of the electron density can be manipulated to reach the target functionality. Our computational framework is exploited, exemplarily, in two instances. First, the decay rate enhancement of oscillating dipoles near time-varying spheres is controlled on demand. Second, using spatiotemporal metasurfaces, a system supporting asymmetric transmission of light at visible frequencies is designed. Our work paves the way toward programmable spatiotemporal metasurfaces and space-time crystals for a future generation of reconfigurable functional photonic devices.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

↑