I circuiti fotonici integrati rivestono un ruolo sempre più importante in diverse tecnologie ottiche emergenti. La loro funzionalità deriva da una combinazione di componenti come accoppiatori, divisori, rotatori di polarizzazione e filtri selettivi in lunghezza d'onda. Una simulazione efficiente ed accurata di questi componenti è fondamentale per la progettazione e l'ottimizzazione di tali dispositivi. Nei tipici circuiti costituiti da materiali dielettrici, i principi di progettazione si basano tipicamente sulla

teoria dei modi accoppiati (CMT). La possibilità di miniaturizzare su scale nanometriche tali circuiti si basa però sull’inclusione di componenti metallici detti “plasmonici”, i quali introducono inevitabilmente anche una dissipazione, rendendo l'ottimizzazione del dispositivo più complicata a causa dell'interazione tra accoppiamento e perdite. Sebbene la CMT sia ben sviluppata, non esiste un consenso su come applicarla in modo rigoroso e quantitativo a circuiti fotonici con perdite.

Lo studio, pubblicato su Applied Physics Reviews, introduce una versione semplificata della CMT per la modellizzazione quantitativa di accoppiatori dielettrici-plasmonici, la cui implementazione a livello di dispositivo risulterebbe proibitivamente lenta con metodi numerici convenzionali. Il nuovo approccio proposto, che adatta la CMT esistente trattando le perdite come una perturbazione del sistema, risulterà particolarmente utile nella simulazione di circuiti dielettrici-plasmonici, fornendo un primo punto di riferimento nell’uso della progettazione inversa (inverse design) e di metodi basati su intelligenza artificiale (deep learning).

La ricerca è nata da una collaborazione tra l'Università di Sydney (Australia), Institute of Photonics and Optical Science (Dr. Alessandro Tuniz) e il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano (Prof. Giuseppe Della Valle)

Link all'articolo: https://doi.org/10.1063/5.0182361