Inverse design of all-dielectric metasurfaces with accidental bound states in the continuum

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作者
Sergei Gladyshev,Theodosios D. Karamanos,Lina Kuhn,Dominik Beutel,Thomas Weiß,Carsten Rockstuhl,Andrey Bogdanov
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
卷期号:12 (19): 3767-3779 被引量:12
标识
DOI:10.1515/nanoph-2023-0373
摘要

Abstract Metasurfaces with bound states in the continuum (BICs) have proven to be a powerful platform for drastically enhancing light–matter interactions, improving biosensing, and precisely manipulating near- and far-fields. However, engineering metasurfaces to provide an on-demand spectral and angular position for a BIC remains a prime challenge. A conventional solution involves a fine adjustment of geometrical parameters, requiring multiple time-consuming calculations. In this work, to circumvent such tedious processes, we develop a physics-inspired, inverse design method on all-dielectric metasurfaces for an on-demand spectral and angular position of a BIC. Our suggested method predicts the core–shell particles that constitute the unit cell of the metasurface, while considering practical limitations on geometry and available materials. Our method is based on a smart combination of a semi-analytical solution, for predicting the required dipolar Mie coefficients of the meta-atom, and a machine learning algorithm, for finding a practical design of the meta-atom that provides these Mie coefficients. Although our approach is exemplified in designing a metasurface sustaining a BIC, it can, also, be applied to many more objective functions. With that, we pave the way toward a general framework for the inverse design of metasurfaces in specific and nanophotonic structures in general.
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