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片上任意模式点转换

片上光子器件在通信、微波光子信号处理、量子信息、传感和计算等领域显示出巨大的应用潜力。最近,研究人员提出了一种新颖的设计概念,即通过芯片控制自由空间光束。与自由空间器件(如反射镜)相比,片上器件在轨迹和波前控制方面具有很大的优势。例如,基本模式点转换器(SSC)使用聚焦透镜。Eaton透镜已被证明能够弯曲芯片上的光轨迹,并具有Maxwell'的无像差成像特性;s鱼眼透镜已被用来构造交叉多模波导(MWG)。然而,所报道的方案仅被证明适用于基本模,高阶模或非正则模是特定应用中的首选模。在傅里叶光学中,4f系统广泛应用于光学信息处理。


最近,华中科技大学的戚薇和其他人,在体光学的4-F系统和光束扩展器的启发下,设计了一种SSC,并提出了两种基于超材料的渐变折射率波导。该器件可以在保持其轮廓形状的同时扩展其任意模式。与传统的绝热锥型SSC相比,在相同的模间串扰下,面积利用率可降低91.5%。实验证明,规则模的展开比为5。此外,对于不规则模式,研究人员在不改变结构的情况下对其功能进行了数值验证。本文的工作为片上模式点转换提供了一个通用的解决方案,可以进一步拓展片上傅里叶光学的应用前景。

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