透鏡
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-07-15
透鏡的視頻教程
040 – COMSOL等離激元超透鏡（含演示，100元）
包含的文件截圖（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 詳細描述（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 如上圖所示，在玻璃襯底上鍍一層405nm厚的銀膜，然后再在銀膜上刻蝕同心環狀凹槽，形成一個超透鏡。圖中d0 = 75 nm, p = 300 nm, w = 70 nm, h = 405 nm, R = 1.83 um。
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SPEOS室內照明品質分析【微信公眾號：艾迪捷】
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透鏡的實例教程
圖5.幻燈片#17
幻燈片 #17-18
需要注意的是，文獻中提到了一些配置，其中場重疊但占據不同區域，作為校正平面透鏡像差的一種方法。當然，設計用于像平面附近像差控制的透鏡表面比位于光闌和光瞳附近的透鏡更具優勢。然而，這同樣適用于平面和“厚”透鏡表面。這一點在圖5所示的手機相機鏡頭系統中表現得尤為明顯。
為了進一步了解，讓我們考慮光束擴展器的設計。在這種情況下，需要一個初始透鏡將入射的平面相位轉換為會聚或發散的球面相位。這里展示了發散的情況。第二個透鏡用于準直入射光，從而將球面相位轉換回平面相位。因此，使用兩個透鏡是必要的。光束擴展的程度由透鏡之間的距離d及其數值孔徑決定。透鏡的扁平化不會改變這一結果。
幻燈片 #19-29
這些觀察得出以下結論：
-平面透鏡減少了透鏡的厚度和重量。
-平面透鏡的薄型輪廓可能為減少透鏡表面之間的間距提供更多選擇。
-平面透鏡的制造方法與傳統透鏡不同，這在特定情況下可能帶來優勢。
-平面透鏡可能為可切換透鏡提供新的機會。
-用平面表面替換厚透鏡表面會改變系統中的像差動態，這可能會根據具體情況增強像差校正的可能性。
-使用具有強烈且相反色差的衍射透鏡來抵消光滑透鏡表面的色差，是這種潛力的一個充分記錄的實例。
-平面透鏡的某些特性，如其偏振敏感功能，可能根據其用途被視為有益或有害。
-沒有證據表明平面透鏡（包括超透鏡）能夠減少系統的總長度或光學系統中的透鏡表面數量，超出非球面和自由曲面所能達到的范圍。
幻燈片 #30-38
最終，平面透鏡為光學設計工具陣列提供了一個顯著且引人注目的補充。平面透鏡的實用性因其應用背景的不同而有顯著變化。總之，將平面透鏡技術集成到透鏡設計工作流程中，以充分理解和利用其能力至關重要。現在是時候實際評估平面透鏡的潛力，而不僅僅是停留在理論討論上了。
展開 圖5.幻燈片#17
幻燈片 #17-18
需要注意的是，文獻中提到了一些配置，其中場重疊但占據不同區域，作為校正平面透鏡像差的一種方法。當然，設計用于像平面附近像差控制的透鏡表面比位于光闌和光瞳附近的透鏡更具優勢。然而，這同樣適用于平面和“厚”透鏡表面。這一點在圖5所示的手機相機鏡頭系統中表現得尤為明顯。
為了進一步了解，讓我們考慮光束擴展器的設計。在這種情況下，需要一個初始透鏡將入射的平面相位轉換為會聚或發散的球面相位。這里展示了發散的情況。第二個透鏡用于準直入射光，從而將球面相位轉換回平面相位。因此，使用兩個透鏡是必要的。光束擴展的程度由透鏡之間的距離d及其數值孔徑決定。透鏡的扁平化不會改變這一結果。
幻燈片 #19-29
這些觀察得出以下結論：
-平面透鏡減少了透鏡的厚度和重量。
-平面透鏡的薄型輪廓可能為減少透鏡表面之間的間距提供更多選擇。
-平面透鏡的制造方法與傳統透鏡不同，這在特定情況下可能帶來優勢。
-平面透鏡可能為可切換透鏡提供新的機會。
-用平面表面替換厚透鏡表面會改變系統中的像差動態，這可能會根據具體情況增強像差校正的可能性。
-使用具有強烈且相反色差的衍射透鏡來抵消光滑透鏡表面的色差，是這種潛力的一個充分記錄的實例。
-平面透鏡的某些特性，如其偏振敏感功能，可能根據其用途被視為有益或有害。
-沒有證據表明平面透鏡（包括超透鏡）能夠減少系統的總長度或光學系統中的透鏡表面數量，超出非球面和自由曲面所能達到的范圍。
幻燈片 #30-38
最終，平面透鏡為光學設計工具陣列提供了一個顯著且引人注目的補充。平面透鏡的實用性因其應用背景的不同而有顯著變化。總之，將平面透鏡技術集成到透鏡設計工作流程中，以充分理解和利用其能力至關重要。現在是時候實際評估平面透鏡的潛力，而不僅僅是停留在理論討論上了。
展開 圖1.菲涅爾透鏡結構形式
菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數據表格中的“表面面型”欄內選擇“菲涅爾面”，接著界面會出現菲涅爾面型設計窗體如圖3。在此窗體表格內首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環形圈數，再給出菲涅爾面的表面等效焦距值，進一步按“確定”按鈕即可自動算出該菲涅爾面的各環錐面傾斜角度值。
圖2.菲涅爾透鏡設計菜單
圖3.菲涅爾表面設計窗體
菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。
由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。
圖4.菲涅爾透鏡光斑點列圖
圖5.菲涅爾透鏡光學零件圖
對帶有菲涅爾面型的光學系統（菲涅爾透鏡）設計完成之后，OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數，如圖5所示。
展開 說明
本案例的目的是設計一個由圓柱形納米棒組成的衍射超透鏡，人為調整納米棒的半徑和排列可以在超透鏡表面上產生所需的相位分布。該設計的近場和遠場分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗證。
注意：在 Zemax 中進行進一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關鍵結果
超透鏡由精心排列的具有亞波長結構的“單位晶格”或“元原子”組成。通過調整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對于平面波的相位響應情況。借助幾何參數方面的相位知識，可以通過將元原子放置在必要的位置來創建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標相位分布
第一步是定義超透鏡的目標相位分布。對于最常見的透鏡類型，例如球面或柱面元件，我們可以使用已知的解析解獲取相位分布。然而，對于更復雜的系統，解析解將不存在或難以計算，我們可以使用光線追跡和優化功能在OpticStudio中設計理想的相位掩模。
第2步：單位單元仿真-高度和半徑掃描
在這一步中，我們掃描納米棒的高度和半徑，并獲得其透射、相位和近場信息，從而選擇出對應所需傳輸和相位特性的納米棒高度情況，然后保存相位與光場相對于半徑的結果以供后續步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補充工具引入，并與FDTD進行比較以進行驗證。
第3步：整體透鏡設計
一旦從第2步構建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設計和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據上一步的目標相位分布以及其相對于半徑的數據情況，在FDTD中構建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內存和仿真時間方面帶來挑戰，尤其是對于較大的超透鏡而言。
展開 說明
本案例的目的是設計一個由圓柱形納米棒組成的衍射超透鏡，人為調整納米棒的半徑和排列可以在超透鏡表面上產生所需的相位分布。該設計的近場和遠場分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗證。
注意：在 Zemax 中進行進一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關鍵結果
超透鏡由精心排列的具有亞波長結構的“單位晶格”或“元原子”組成。通過調整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對于平面波的相位響應情況。借助幾何參數方面的相位知識，可以通過將元原子放置在必要的位置來創建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標相位分布
第一步是定義超透鏡的目標相位分布。對于最常見的透鏡類型，例如球面或柱面元件，我們可以使用已知的解析解獲取相位分布。然而，對于更復雜的系統，解析解將不存在或難以計算，我們可以使用光線追跡和優化功能在OpticStudio中設計理想的相位掩模。
第2步：單位單元仿真-高度和半徑掃描
在這一步中，我們掃描納米棒的高度和半徑，并獲得其透射、相位和近場信息，從而選擇出對應所需傳輸和相位特性的納米棒高度情況，然后保存相位與光場相對于半徑的結果以供后續步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補充工具引入，并與FDTD進行比較以進行驗證。
第3步：整體透鏡設計
一旦從第2步構建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設計和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據上一步的目標相位分布以及其相對于半徑的數據情況，在FDTD中構建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內存和仿真時間方面帶來挑戰，尤其是對于較大的超透鏡而言。
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透鏡的最新內容
當今最重要的兩種先進DOE是用于光子集成電路（PIC）的超透鏡和光柵耦合器。
超透鏡
超透鏡由分布在基板上的數百萬個元原子（具有不同形狀和大小的納米級結構）組成，以形成透鏡。表面上的元原子的大小和位置會改變光波的重定向方式。超透鏡和一縷頭發一樣纖薄，而且更緊湊，所以可替代笨重的傳統透鏡。超透鏡的重量非常輕，因此成為了便攜式設備的理想之選。
</p><p><strong>內容簡介：</strong>介紹Zemax中用于分析光纖耦合效率的功能模塊，包括FICL和POP，并根據實際產品形態，介紹微透鏡陣列以及光纖陣列的建模方法，以及常用的公差分析方法及多物理場分析功能。</p><p><strong>本次活動現場還特別準備了互動有禮環節：Ansys 定制小熊、盲盒、杜邦紙袋等驚喜禮品等你解鎖！
然而，LED等新型光源產生的紅外能量比舊系統產生的紅外能量更少，而舊系統以前可以利用這種能量來融化透鏡上的雪和冰。因此，熱管理解決方案是強大的自適應前照燈系統的一個重要部分，其能讓光源、電源系統和電子設備保持冷卻，同時將多余熱量轉移到透鏡組件。
因此，對成像中常用的透鏡系統進行性能分析是許多光學工程師的一項基本任務。為了幫助光學工程師完成這項工作，VirtualLab Fusion提供了許多強大的工具。
在這份簡報中，我們想特別強調用于分析場曲和畸變的工具。這兩個像差源于這樣一個事實，即大多數探測器是作為平面操作的，而透鏡則是將光線聚焦到一個曲線上。
摘要
雖然現代光學的發展導致了不同組件數量的激增，但透鏡仍然在光學系統中扮演著重要的角色。由于它們的彎曲性質，大多數透鏡系統的焦點將位于曲線上，而不是透鏡后面的平面上。這導致在實際焦點位置和光束與位于透鏡后面焦距的平面的交點之間產生角度相關的偏差。然而，大多數用于成像的探測器都是平面的。這種效應被稱為“場曲”，是任何透鏡系統性能分析中需要考慮的一個重要像差。
例子：球狀透鏡的畸變
例子：球狀透鏡的畸變
VirtualLab Fusion技術
文件信息
01/超表面成像發展態勢
? 應用場景全面拓展
1.消費電子領域，旗艦手機、折疊屏設備迫切需要超薄攝像頭模組，超表面透鏡可替代傳統 3-5 片玻璃透鏡，將鏡頭厚度壓縮至 1mm 以內，同時降低功耗與成本；
2.AR/VR 領域，超表面鏡片能實現輕量化（單鏡片重量 < 0.1g）、大視場與高成像質量，解決當前設備厚重、邊緣色差明顯的痛點；
3.車載與安防領域
當入射光束的光強呈現空間上的非均勻分布時，由此引入的非線性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經歷的光程長度不同，即介質對入射光束的作用等價于光學透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。
特別地，當入射光束強度沿垂直光軸的界面內呈高斯形時，且強度足夠產生非線性效應的情況下，此時介質折射率的橫向分布也是鐘形的，從而對入射光束產生會聚作用，這就是高斯光束的自聚焦效應。
圖5顯示了通過具備光場合成的準直透鏡后的輻照度分布，與忽略了空間濾波器剪裁的分布作比較。顯然，光場合成精確的模擬了減小的光束直徑和預期的衍射特性。
圖4.相干場的合成參數。Gabor分解是一種定向合成，它要求最大的子束半孔徑。最大的光線位移設置為1以保證光束重疊。最大光線角由下一個元件的直徑決定。在這個例子中，準直透鏡最大角至少要達到8°。
圖5 經過準直透鏡的輻照度分布。
初始透鏡評估
參數優化
優化透鏡的評估
VirtualLab Fusion技術
文件信息
進一步閱讀
- Optimal Working Distance for Coupling Light into Single-Mode Fibers
- Comparison of Different Lenses
