High-efficiency achromatic metalens in long-wavelength infrared composed of topologically optimized building blocks

消色差透镜 纳米柱 光学 色差 极化(电化学) 材料科学 波长 光电子学 能量转换效率 圆极化 光子学 物理 色阶 纳米技术 纳米结构 化学 物理化学 微带线
作者
Yupei Wei,Chengmiao Wang,Lu Yao,Lijuan Zhang,Yang Fu,Yu Lin,Yeming Han,Yongbo Deng
出处
期刊:Optical Materials [Elsevier BV]
卷期号:151: 115314-115314 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.optmat.2024.115314
摘要

Metalenses provide a powerful paradigm for the compact optical system of long-wavelength infrared (LWIR) imaging and detection. However, it remains challenging to design nanopillar-array based LWIR metalenses correcting chromatic aberration and improving the cross-polarization conversion efficiency of circularly polarized light, simultaneously. In this paper, we design an achromatic metalens in the wavelength range from 8 μm to 12 μm by using topology optimization, based on the principle of chromatic aberration elimination. Topology optimization is used to optimize the structural configurations of nanopillars, so as to improve the cross-polarization conversion efficiency of nanopillars and construct the phase library. This approach increases the cross-polarization conversion efficiency of nanopillars, allowing the derived metalens to control a higher proportion of the optical energy and effectively reducing energy losses during the modulation process. Our results indicate that the average cross-polarization conversion efficiency of the entire phase library is 78.4% and the selected nanopillars achieve an average cross-polarization conversion efficiency of 88.5%. The maximum deviation of the focal length of the achromatic metalens is 6.88% and the average focusing efficiency in the entire wavelength range is 76.4%.
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