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Inverse design of cavities for Bloch Surface Waves interfaced to integrated waveguides

Augenstein, Yannick ORCID iD icon 1; Roussey, Matthieu; Grosjean, Thierry; Descrovi, Emiliano; Rockstuhl, Carsten 1,2
1 Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)


The design of functional elements for Bloch Surface Waves (BSW) is challenging because of the relatively low index contrast offered by the respective platforms. Here, we design a supporting photonic nanostructure that extracts as much light as possible from a quantum emitter into a waveguide in an integrated BSW architecture. The inverse problem is solved using topology optimization. Emphasis is put on discussing the algorithm’s emerging strategies for the design to enhance the Purcell factor, the coupling efficiency, or both for different index contrasts. Fully three-dimensional simulations of an explicit device show the benefits of our devices and pave the way for integrating such unconventional photonic elements into future fully-integrated BSW devices.

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000152061
Veröffentlicht am 27.10.2022
DOI: 10.1016/j.photonics.2022.101079
Zitationen: 6
Zitationen: 5
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Nanotechnologie (INT)
Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2022
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1569-4410, 1569-4429
KITopen-ID: 1000152061
HGF-Programm 43.32.02 (POF IV, LK 01) Designed Optical Materials
Erschienen in Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications
Verlag Elsevier
Band 52
Seiten Art.-Nr.: 101079
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 07.10.2022
Schlagwörter Effective index, Surface waves, Inverse design, Purcell effect
Nachgewiesen in Web of Science
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