PROGETTI DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE (PRIN) - BANDO PRIN 2022
PROGETTI FINANZIATI - UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CASSINO E DEL LAZIO MERIDIONALE
Acronimo Prin2022_Tamburrino
ID Progetto 2022Y53F3X
Titolo Progetto Inverse design of high-performance large-scale metalenses
Responsabile Scientifico locale TAMBURRINO - Antonello
Programma di finanziamento PRIN 2022
Ente finanziatore MIUR
Ruolo responsabile Partner
Finanziamento totale del progetto
191.300,00_€
Finanziamento per UNICAS
79.893,00_€
ID CALL PRIN_2022
Abstract Progetto Le metalenses sono array di scatterer sub-wavelength, cioè meta-atomi, la cui risposta elettromagnetica può essere modellata ingegnerizzando i loro parametri geometrici e l'organizzazione spaziale. Tradizionalmente, le metalenses sono progettate attraverso un approccio "unit cell", assumendo che la struttura sia localmente periodica. Questo limita lo spazio di progettazione, portando a operazioni a larghezza di banda stretta, bassa apertura numerica, basse efficienze di messa a fuoco e aberrazioni. L'ottimizzazione numerica delle metalenses è diventata popolare solo negli ultimi anni. La maggior parte degli approcci esistenti combina metodi di ottimizzazione con strumenti di calcolo a scopo generale, che hanno un costo computazionale molto elevato. Questo limita la progettazione sia a metalenses invarianti alla traslazione in una direzione, sia a strutture generali tridimensionali di piccole dimensioni (scala microscopica). Per superare queste limitazioni, proponiamo di combinare strategie di progettazione inversa rigorose ed efficienti con solutori elettromagnetici veloci. Introduciamo un nuovo solutore veloce specificamente progettato per la scattering multiplo nelle metalenses. Si basa sull'espansione della densità di corrente di polarizzazione sconosciuta indotta in ciascun meta-atomo nei suoi modi di risonanza "statici". Questa scelta riduce drasticamente il numero di incognite, poiché sono sufficienti solo pochi modi di basso ordine per meta-atomo per descrivere la risposta di scattering emergente. Inoltre, l'uso di modi statici "regolarizza" la parte singolare degli operatori integrali. Il rango dell'operatore che descrive l'interazione elettromagnetica tra diverse regioni spaziali della metalens diminuisce all'aumentare della separazione relativa tra le regioni, pertanto 1) il calcolo della matrice dei coefficienti può essere accelerato riducendo il numero di modi nelle espansioni in funzione della distanza, 2) le sub-matrici della matrice dei coefficienti possono essere compresse attraverso una fattorizzazione QR a basso rango. Per precondizionare il solutore iterativo utilizzato per la soluzione del sistema lineare risultante, sviluppiamo una fattorizzazione matriciale data-sparse e indipendente dal kernel basata su matrici H2-gerarchiche. La progettazione di una metalens è riformulata come la ricerca di diversi parametri che ottimizzano una o più figure di merito. Il problema di ottimizzazione è soggetto a diversi vincoli di fabbricazione e tecnologici. Consideriamo una metalens planare costituita da una collezione di meta-atomi elementari di permittività prescritta. Quindi, cerchiamo la posizione individuale, l'orientamento e le dimensioni di ciascun meta-atomo elementare che ottimizzano le figure di merito scelte. Utilizziamo il metodo dell'equazione aggiunta in combinazione con qualsiasi metodo basato sul gradiente. Il metodo aggiunto consente il calcolo rapido del gradiente di una funzione obiettivo attraverso la soluzione di un singolo problema diretto adeguato (il problema aggiunto). Infine, affrontiamo la progettazione di metalenses tridimensionali di ampia area (mm a cm) broadband achromatiche con elevata apertura numerica ed efficienza di messa a fuoco ottimale.
SOTTO SETTORI ERC
Anno presentazione 2022
Anno Inizio Finanziamento 2023
Anno Fine Finanziamento 2025