光學工程 學生論文獎特刊

拓撲優化實現特定顏色波長選擇的高品質因子超穎介面

蘇煥騰, 黃耀緯

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 (TiO₂) 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。

關鍵字：超穎介面、共振波導光柵、拓撲優化

本文刊登於 光學工程  164 (113年度學生論文獎特刊), 68-76 (2025) - PDF

期刊原文刊登於 Nano Letters 24(33), 10055–10061 (2024) - LINK & PDF