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Evolutionary multi-objective optimization of colour pixels based on dielectric nano-antennas

Authors :
Vincent Paillard
Arnaud Arbouet
Aurélie Lecestre
Guilhem Larrieu
Christian Girard
Peter R. Wiecha
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM)
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN)
Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Source :
Nature Nanotechnology, Nature Nanotechnology, 2016, 12 (2), pp.163-169. ⟨10.1038/NNANO.2016.224⟩, Nature Nanotechnology, Nature Publishing Group, 2016, 12 (2), pp.163-169. ⟨10.1038/NNANO.2016.224⟩, Nature Nanotechnology, Nature Publishing Group, 2017, 12 (2), pp.163--169. ⟨10.1038/NNANO.2016.22.4⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

The rational design of photonic nanostructures consists in anticipating their optical response from simple models or as variations of reference systems. This strategy is limited when different objectives are simultaneously targeted. Inspired from biology, evolutionary approaches drive the morphology of a nano-object towards an optimum through several cycles of selection, mutation and cross-over, mimicking the process of natural selection. However, their extension to scenarii with multiple objectives demands efficient computational schemes. We present a numerical technique to design photonic nanostructures with optical properties optimized along several arbitrary objectives. This combination of evolutionary multi-objective algorithms with frequency-domain electro-dynamical simulations is used to design silicon nanostructures resonant at user-defined, polarization-dependent wavelengths. The spectra of pixels fabricated by electron beam lithography following the optimized design show excellent agreement with the targeted objectives. The method is self-adaptive to arbitrary constraints, and therefore particularly interesting for the design of complex structures within technological limits.<br />10 pages, 6 figures + 10 pages of supporting informations including 17 additional figures

Details

Language :
English
ISSN :
17483387 and 17483395
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Nanotechnology, Nature Nanotechnology, 2016, 12 (2), pp.163-169. ⟨10.1038/NNANO.2016.224⟩, Nature Nanotechnology, Nature Publishing Group, 2016, 12 (2), pp.163-169. ⟨10.1038/NNANO.2016.224⟩, Nature Nanotechnology, Nature Publishing Group, 2017, 12 (2), pp.163--169. ⟨10.1038/NNANO.2016.22.4⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....eeaf183f8b92908244210cbad8224bd7
Full Text :
https://doi.org/10.1038/NNANO.2016.224⟩