片上任意模式点转换

片上光子器件在许多应用中显示出巨大的潜力，包括通信、微波光子信号处理、量子信息、传感和计算。最近，研究人员提出了一种新颖的设计理念，即通过操作芯片来控制自由空间光束。与反射镜等自由空间器件相比，片上元件在轨迹和波前控制方面具有很大优势。例如，基模点转换器 (SSC) 使用聚焦透镜。伊顿镜头已被证明能够弯曲芯片上的光轨迹，麦克斯韦鱼眼镜头的无像差成像特性已被用于构建交叉多模波导 (MWG)。然而，报告的方案仅被证明可用于基本模式，高阶模式或非规范模式是特定应用中的首选模式。在傅里叶光学中，4-f系统被广泛应用于光信息处理。

近日，华中科技大学魏琦等人受到4-f系统和扩束器在体光学中，设计了一个 SSC，提出了两个基于超材料的渐变折射率波导并进行了实验证明。所提出的设备可以扩展其任意模式，同时保持其轮廓形状。与传统绝热锥体SSC相比，在相同模间串扰的情况下，可减少91.5%的面积使用。实验证明，规则模式的膨胀比为5。另外，对于不规则模式，研究人员在不改变结构的情况下，通过数值验证了其功能。该工作为片上模式光斑转换提供了通用的解决方案，可以进一步拓展片上傅里叶光学的应用前景。