Оптические мета-волноводы для интегральной фотоники и не только

Повышение зрелости технологий нанофабрикации сделало возможным размещение на фотонных чипах массивных сложных оптических структур. Интеграция субволновых структурированных метаповерхностей и метаматериалов с базовыми элементами оптических волноводов постепенно меняет облик фотонных интегральных схем, приводя к появлению многочисленных мета-волноводов с беспрецедентными возможностями управления распространяющимися электромагнитными волнами. В настоящем обзоре рассматриваются последние достижения в области метаструктурированных волноводов, в которых различные функциональные субволновые фотонные архитектуры синергетически сочетаются с разнообразными платформами волноводов, такими как диэлектрические и плазмонные волноводы, а также оптические волокна. Всесторонне обобщены фундаментальные результаты и показательные применения. Также систематизированы краткие физические модели с подробными рекомендациями по проектированию, включая методы, основанные на физической интуиции, и методы обратного проектирования с использованием компьютерных алгоритмов. Показано, каким образом метаоптика может привносить новые степени свободы в волноводные устройства и системы: усиливать взаимодействие света с веществом для существенного повышения характеристик устройств или предоставлять универсальную проектную среду для управления светом в наномасштабе и реализации новых функциональных возможностей. Кроме того, обсуждаются современные проблемы и намечаются перспективные направления развития этой динамичной области для применения в фотонных интегральных схемах, биомедицинском сенсинге, искусственном интеллекте и других сферах.