一种无序超均匀固体器件的网格优化方法

近日，天津大学精密仪器与光电子工程学院的光子芯片实验室研发了一种无序超均匀固体器件的网格优化方法，成果获中国发明专利（ZL202410659505.2）授权。

无序超均匀固体（Hyperuniform Disordered Solids, HUDS）是一种新型的光子带隙结构，其随机无序结构具有一定的有序性，能够与周期性光子晶体结构一样具有光子带隙，并表现出各向同性、宽带低色散性及热稳定性好等优势。基于HUDS的独特光学特性，科研工作者已经研发了片上HUDS波导、微型谐振腔、偏振滤波器、激光器等器件。但是，受限于HUDS的无序网格分布，无法如同其他光子带隙结构通过直接引入缺陷线形成无额外结构缺陷的波导结构，使得HUDS波导目前存在光学损耗高、光子带隙畸变与加工容差低的问题，一定程度上限制了HUDS波导器件的应用。

图1. 基于网格优化方法的HUDS波导器件。(a)所提出的网格优化方法。(b)基于网格优化方法研制的HUDS波导。

在本项工作中，研究者们提出了一种针对HUDS的网格优化方法，实现了对HUDS波导器件的性能优化。如图1a所示，网格优化方法通过对HUDS结构的边界网格进行调控，避免引入波导缺陷线后产生额外不规则缺陷孔，从而消除不规则缺陷孔对HUDS光子带隙特性的扰动，在保证结构无序性的同时实现波导器件性能的提升。研究者对形貌修饰和网格优化的HUDS波导器件进行了结构表征，结果如图1b所示。可见，网格优化的HUDS波导器件避免了微小结构缺陷的产生，得到了较好的加工。课题组相关的研究工作包括：Laser and Photonics Reviews 19, 2400469 (2025); Laser and Photonics Reviews 17, 2300398 (2023)。

本专利的学生第一发明人为天津大学精密仪器与光电子工程学院的博士研究生陈斯，专利授权证书如图2所示。该研究获得天津市杰青基金（23JCJQJC00250）项目的支持。