拓撲優化實現特定顏色波長選擇的高品質因子超穎介面

非局域超穎介面，以共振波導光柵（RWG）為例，其透過擴展諧振模式在空間上配置波前，實現在頻譜中反射窄頻、窄角度的波段，或是高品質因子特性。雙週期RWGs的設計已驗證可過濾波長並任意選擇繞射方向，但效率過低。為此，本研究提出了一種基於拓撲優化的超穎共振波導光柵（MRWG），其由二氧化鈦（TiO_2）構成並製作於玻璃基板上，能在可見光波段中高效繞射藍、綠、黃和紅光波段。透過基於伴隨法（adjoint-based）的拓撲優化，並考慮非局域效應，我們顯著提升了其繞射效率，使其數值模擬效率高達78%，品質因子達1362。在實驗驗證中，我們獲得了最高59%的繞射效率，且品質因子達到93。相信未來具有特定波長高反射效率與高品質因子的MRWG，有望改變光學合成器和擴增實境的應用，成為未來光學技術的基石。