拓扑优化超表面的偏振复用光学微分运算  被引量:2

Polarization-multiplexed optical differentiation using topological metasurfaces

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作  者:冯睿[1] 田耀恺 刘亚龙[1] 孙芳魁[1] 曹永印 丁卫强[1,2] Feng Rui;Tian Yaokai;Liu Yalong;Sun Fangkui;Cao Yongyin;Ding Weiqiang(Institute of Advanced Photonics,School of Physics,Harbin Institute of Technology,Harbin,Heilongjiang 150001,China;Collaborative Innovation Center of Extreme Optics,Shanxi University,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

机构地区:[1]先进光子学研究所,哈尔滨工业大学物理学院,黑龙江哈尔滨150001 [2]极端光学协同创新中心,山西大学,山西太原030006

出  处:《光电工程》2023年第9期79-89,共11页Opto-Electronic Engineering

基  金:国家自然科学基金项目(12274105);黑龙江省自然科学基金杰出青年项目(JQ2022A001);黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2023A006);中央高校基本科研业务费专项资金(HIT.OCEF.2021020,2023FRFK06007)。

摘  要:光学模拟计算通过在空间域直接对光学输入进行调控,避免了各种应用场景中光电之间的转换。因此在图像处理等应用领域成为人们研究的重点。本文用拓扑优化方法设计了一类利用格林函数法的偏振复用光学模拟计算超表面结构。在不同线偏振光入射下,该拓扑优化超表面可以独立地对透射光场的振幅和相位进行调控。实现了在正交偏振态下,分别呈现明场成像与一维二阶微分运算,以及偏振控制微分方向的复用微分系统。这种偏振复用的设计可以在更多的光学计算应用场景中发挥重要作用。Optical analog computing avoids the photoelectric conversion in various application scenarios by directly modulating the optical input in the spatial domain.Therefore,it has become a research focus in many applications such as image processing.In this paper,a polarization-multiplexed optical analog computing metasurface structure based on the Green's function method is designed using topologal optimization.Under different linearly polarized light incidence,this topological metasurface can independently tailor the amplitude and phase of the transmitted light field.It achieves bright-field imaging and one-dimensional second-order differentiation operations in orthogonal polarization states,as well as a polarization-controlled differentiation direction for a multiplexed differential system.These polarization-multiplexed designs can play a vital role in more optical computing application scenarios.

关 键 词:拓扑优化 光学微分 超表面 偏振复用 

分 类 号:O431[机械工程—光学工程]

 

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