近日，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的光子芯片實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了一種無序超均勻固體器件的網(wǎng)格優(yōu)化方法，成果獲中國發(fā)明專利（ZL202410659505.2）授權(quán)。

無序超均勻固體（Hyperuniform Disordered Solids, HUDS）是一種新型的光子帶隙結(jié)構(gòu)，其隨機(jī)無序結(jié)構(gòu)具有一定的有序性，能夠與周期性光子晶體結(jié)構(gòu)一樣具有光子帶隙，并表現(xiàn)出各向同性、寬帶低色散性及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)?；贖UDS的獨(dú)特光學(xué)特性，科研工作者已經(jīng)研發(fā)了片上HUDS波導(dǎo)、微型諧振腔、偏振濾波器、激光器等器件。但是，受限于HUDS的無序網(wǎng)格分布，無法如同其他光子帶隙結(jié)構(gòu)通過直接引入缺陷線形成無額外結(jié)構(gòu)缺陷的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得HUDS波導(dǎo)目前存在光學(xué)損耗高、光子帶隙畸變與加工容差低的問題，一定程度上限制了HUDS波導(dǎo)器件的應(yīng)用。

圖1.基于網(wǎng)格優(yōu)化方法的HUDS波導(dǎo)器件。(a)所提出的網(wǎng)格優(yōu)化方法。(b)基于網(wǎng)格優(yōu)化方法研制的HUDS波導(dǎo)。

在本項(xiàng)工作中，研究者們提出了一種針對(duì)HUDS的網(wǎng)格優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HUDS波導(dǎo)器件的性能優(yōu)化。如圖1a所示，網(wǎng)格優(yōu)化方法通過對(duì)HUDS結(jié)構(gòu)的邊界網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)控，避免引入波導(dǎo)缺陷線后產(chǎn)生額外不規(guī)則缺陷孔，從而消除不規(guī)則缺陷孔對(duì)HUDS光子帶隙特性的擾動(dòng)，在保證結(jié)構(gòu)無序性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)器件性能的提升。研究者對(duì)形貌修飾和網(wǎng)格優(yōu)化的HUDS波導(dǎo)器件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果如圖1b所示。可見，網(wǎng)格優(yōu)化的HUDS波導(dǎo)器件避免了微小結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生，得到了較好的加工。課題組相關(guān)的研究工作包括：Laser and Photonics Reviews 19, 2400469 (2025);Laser and Photonics Reviews 17, 2300398 (2023)。

本專利的學(xué)生第一發(fā)明人為天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的博士研究生陳斯，專利授權(quán)證書如圖2所示。該研究獲得天津市杰青基金（23JCJQJC00250）項(xiàng)目的支持。