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高效超表面的形状优化研究
作者:小柯机器人 发布时间:2024/10/31 14:40:28

近日,美国康宁公司的Paulo Dainese及其研究小组与哈佛大学的Federico Capasso等人合作并取得一项新进展。经过不懈努力,他们对产生高效超表面形状优化技术的理论与实现进行研究。相关研究成果已于2024年10月29日在国际知名学术期刊《光:科学与应用》上发表。

本文通过数值与实验方法,展示了一种形状优化技术,该技术不仅能实现高效率的超表面设计,还能通过对表面梯度的傅里叶分解直接控制结构复杂度。所提出的方法为逆向设计的高效率超表面的可制造性开辟了道路。

据悉,复杂的非局域性行为给设计高效、多功能的超表面带来了巨大挑战。虽然采用超构原子库能提供一种简单快速的实现方法,但柱体间的相互作用往往会限制性能表现。而另一极端,基于拓扑优化的逆向设计虽然利用非局域耦合达到了高效率,却会产生结构复杂且难以制造的问题。

附:英文原文

Title: Shape optimization for high efficiency metasurfaces: theory and implementation

Author: Dainese, Paulo, Marra, Louis, Cassara, Davide, Portes, Ary, Oh, Jaewon, Yang, Jun, Palmieri, Alfonso, Rodrigues, Janderson Rocha, Dorrah, Ahmed H., Capasso, Federico

Issue&Volume: 2024-10-29

Abstract: Complex non-local behavior makes designing high efficiency and multifunctional metasurfaces a significant challenge. While using libraries of meta-atoms provide a simple and fast implementation methodology, pillar to pillar interaction often imposes performance limitations. On the other extreme, inverse design based on topology optimization leverages non-local coupling to achieve high efficiency, but leads to complex and difficult to fabricate structures. In this paper, we demonstrate numerically and experimentally a shape optimization method that enables high efficiency metasurfaces while providing direct control of the structure complexity through a Fourier decomposition of the surface gradient. The proposed method provides a path towards manufacturability of inverse-designed high efficiency metasurfaces.

DOI: 10.1038/s41377-024-01629-5

Source: https://www.nature.com/articles/s41377-024-01629-5

期刊信息

Light: Science & Applications《光:科学与应用》,创刊于2012年。隶属于施普林格·自然出版集团,最新IF:19.4

官方网址:https://www.nature.com/lsa/
投稿链接:https://mts-lsa.nature.com/cgi-bin/main.plex