Inverse design of broadband and lossless topological photonic crystal waveguide modes
Notice bibliographique
Résumé
Photonic crystal slab (PCS) waveguides can be engineered to control the propagation of light, finding a variety of applications in optical sensing, nonlinear optics and quantum optics. However, traditional PCS waveguides suffer from disorder-induced backscattering which is especially severe in the slow-light regime. Topological PCS waveguides can support propagating edge-state modes which are possibly more robust against some defects. Here we apply inverse design techniques to modify a state-of-the-art topological PCS waveguide, to obtain a significant (more than 100%) improvement to the operational bandwidth of a lossless waveguide mode. We then optimize the new design's group velocity curve, obtaining two new designs, one with a group index of 28 over a bandwidth ▵<i>ω/ω</i>=1:5% and in the other a maximum group index greater than 200 away from the mode edge. We use an efficient, semi-analytic, computation method, the guided mode expansion method, to calculate photonic band structures and automatic differentiation to calculate objective function gradients. Combining this with a physically intuitive shape parameterization, the method, while initially constraining the optimization to solutions resembling the initial design, is efficient and flexible. This method can be applied to quickly optimize PCS devices towards a large variety of target figures of merit.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».