超短高效绝热波导锥度：薄型平面聚焦透镜设计

"这篇研究论文提出了一种基于薄型平面聚焦透镜的超短且高效的绝热波导锥度设计，利用硅亚波长缝隙在波导中实现平面聚焦。通过调整缝隙宽度以匹配相位补偿，使得平面波能够被集中。这种新型的平凸透镜在焦点处或两个焦点处表现出较高的功率增益。文中展示了采用这种设计的光栅耦合器，其锥度长度仅为22.5微米，用于连接10微米宽的输入波导和0.5微米宽的输出波导，数值模拟中在通信带内的传输效率接近95.4%，这比传统锥度的长度缩短了五分之一。据作者所知，这是首次展示这样的技术成果。" 详细说明: 该研究论文主要探讨了一种创新的光学组件设计，即基于薄型平面聚焦透镜的超短且高效的绝热波导锥度。传统的波导锥度在连接不同尺寸波导时通常需要较长的过渡区域，以确保能量的有效传输并减少损耗。然而，这种新设计显著减小了所需的锥度长度，从而提高了系统的紧凑性和效率。 文章的核心在于引入硅亚波长缝隙结构。这些硅-空气缝隙的宽度可变，目的是实现相位匹配，即调整缝隙宽度以补偿传播过程中光波的相位差，从而使平面波能够精确地聚焦到一点或两个点上。这一创新设计大大提升了聚焦效率和功率增益，为光能传输提供了更为优化的途径。 研究人员通过数值模拟展示了一个实例，即一个仅22.5微米长的锥度成功地将10微米宽的输入波导与0.5微米宽的输出波导连接起来，并在通信频段内实现了高达95.4%的传输效率。这与传统锥度相比，长度减少了大约五分之一，极大地提高了集成光路的性能和空间利用率。 该工作的重要意义在于，它为微纳光子学领域提供了一种新型的高效耦合解决方案，有助于未来光电子设备的小型化和高密度集成。此外，这种超短的锥度设计还有可能降低生产成本，因为它减少了对高精度制造工艺的需求，同时也降低了材料的消耗。 这项研究为光波导设计开辟了新的可能性，特别是在构建高速、低损耗的光通信系统以及微型光子器件方面，具有重要的理论和应用价值。