超透鏡
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2022-05-15
超透鏡的視頻教程
040 – COMSOL等離激元超透鏡（含演示，100元）
包含的文件截圖（手機(jī)端可能無(wú)法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X端查看）： 詳細(xì)描述（手機(jī)端可能無(wú)法顯示圖片，請(qǐng)?jiān)陔娔X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(huán)狀凹槽，形成一個(gè)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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超透鏡的實(shí)例教程
說(shuō)明
本案例的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)由圓柱形納米棒組成的衍射超透鏡，人為調(diào)整納米棒的半徑和排列可以在超透鏡表面上產(chǎn)生所需的相位分布。該設(shè)計(jì)的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴(yán)格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗(yàn)證。
注意：在 Zemax 中進(jìn)行進(jìn)一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關(guān)鍵結(jié)果
超透鏡由精心排列的具有亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的“單位晶格”或“元原子”組成。通過(guò)調(diào)整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對(duì)于平面波的相位響應(yīng)情況。借助幾何參數(shù)方面的相位知識(shí)，可以通過(guò)將元原子放置在必要的位置來(lái)創(chuàng)建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標(biāo)相位分布
第一步是定義超透鏡的目標(biāo)相位分布。對(duì)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(duì)于更復(fù)雜的系統(tǒng)，解析解將不存在或難以計(jì)算，我們可以使用光線追跡和優(yōu)化功能在OpticStudio中設(shè)計(jì)理想的相位掩模。
第2步：?jiǎn)挝粏卧抡?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(chǎng)信息，從而選擇出對(duì)應(yīng)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(chǎng)相對(duì)于半徑的結(jié)果以供后續(xù)步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補(bǔ)充工具引入，并與FDTD進(jìn)行比較以進(jìn)行驗(yàn)證。
第3步：整體透鏡設(shè)計(jì)
一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場(chǎng)相對(duì)于半徑的庫(kù)，就有兩種方法可用于設(shè)計(jì)和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據(jù)上一步的目標(biāo)相位分布以及其相對(duì)于半徑的數(shù)據(jù)情況，在FDTD中構(gòu)建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會(huì)在內(nèi)存和仿真時(shí)間方面帶來(lái)挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于較大的超透鏡而言。
展開 說(shuō)明
本案例的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)由圓柱形納米棒組成的衍射超透鏡，人為調(diào)整納米棒的半徑和排列可以在超透鏡表面上產(chǎn)生所需的相位分布。該設(shè)計(jì)的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)分析在Ansys FDTD、RCWA（嚴(yán)格耦合波分析）和 OpticStudio中得到驗(yàn)證。
注意：在 Zemax 中進(jìn)行進(jìn)一步分析需要 OpticStudio 12 以上版本。
概述
了解模擬工作流程和關(guān)鍵結(jié)果
超透鏡由精心排列的具有亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的“單位晶格”或“元原子”組成。通過(guò)調(diào)整這些單位晶格元件的幾何形狀，人們可以修改元件對(duì)于平面波的相位響應(yīng)情況。借助幾何參數(shù)方面的相位知識(shí)，可以通過(guò)將元原子放置在必要的位置來(lái)創(chuàng)建具有任意相位分布的超透鏡。
第1步：定義目標(biāo)相位分布
第一步是定義超透鏡的目標(biāo)相位分布。對(duì)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(duì)于更復(fù)雜的系統(tǒng)，解析解將不存在或難以計(jì)算，我們可以使用光線追跡和優(yōu)化功能在OpticStudio中設(shè)計(jì)理想的相位掩模。
第2步：?jiǎn)挝粏卧抡?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(chǎng)信息，從而選擇出對(duì)應(yīng)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(chǎng)相對(duì)于半徑的結(jié)果以供后續(xù)步驟使用。RCWA求解算法將作為單元原子模擬的推薦/補(bǔ)充工具引入，并與FDTD進(jìn)行比較以進(jìn)行驗(yàn)證。
第3步：整體透鏡設(shè)計(jì)
一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場(chǎng)相對(duì)于半徑的庫(kù)，就有兩種方法可用于設(shè)計(jì)和分析超透鏡整體：
直接仿真：根據(jù)上一步的目標(biāo)相位分布以及其相對(duì)于半徑的數(shù)據(jù)情況，在FDTD中構(gòu)建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會(huì)在內(nèi)存和仿真時(shí)間方面帶來(lái)挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于較大的超透鏡而言。
展開 □ 由于納米柱結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，用納米柱結(jié)構(gòu)構(gòu)建的超透鏡對(duì)偏振不敏感。
超透鏡和超表面因其操縱電磁場(chǎng)的獨(dú)特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)鏡片，因?yàn)楸仨毧紤]到納米級(jí)構(gòu)件的特性。
VirtualLab Fusion的優(yōu)勢(shì)
? 統(tǒng)一的平臺(tái)：具有將納米級(jí)構(gòu)建模塊和大尺寸復(fù)合透鏡/表面作為整體的求解器
? 從Zemax中導(dǎo)入功能型設(shè)計(jì)，或通過(guò)公式直接定義
? 內(nèi)置了嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法（FMM），也稱為嚴(yán)格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
? 應(yīng)用便捷的圖形用戶界面來(lái)設(shè)置納米構(gòu)建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
? 查找表的概念將嚴(yán)格的構(gòu)建模塊分析結(jié)果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯(lián)系
超透鏡
? 超透鏡的功能特性可以通過(guò)多項(xiàng)式系數(shù)來(lái)具體表示，比如從Zemax中導(dǎo)入。
? 仿真可以在不同的層面上進(jìn)行：可以基于理想模型進(jìn)行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進(jìn)行仿真。
? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中。
超全息圖
? 傳統(tǒng)的相位全息圖通過(guò)在透明基底上刻蝕不同的深度來(lái)實(shí)現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
? 這種相位輪廓也可以通過(guò)具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
? 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設(shè)計(jì)高數(shù)值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構(gòu)建模塊
? Nanofin結(jié)構(gòu)的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過(guò)單個(gè)Nanofin的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
展開 該文章為片上集成化OAM器件提供了新思路，可推動(dòng)高容量光通信與緊湊量子系統(tǒng)的發(fā)展
1、渦旋超透鏡結(jié)構(gòu)示意圖
設(shè)計(jì)的渦旋超透鏡結(jié)構(gòu)示意圖如下：
超透鏡結(jié)構(gòu)示意圖
該渦旋超透鏡的工作參數(shù)一欄表格：
設(shè)計(jì)參數(shù)：
工作波長(zhǎng)：1um
拓?fù)浜蓴?shù)：1
透鏡焦距：50um
透鏡半徑：10um
入射光：圓偏振光
2、渦旋超透鏡的工作原理：
渦旋超透鏡相位分布由螺旋相位因子與納米結(jié)構(gòu)局域相位調(diào)控共同決定。其總相位，其中為方位角，為超表面單元的動(dòng)態(tài)相位(由TiO?納米柱尺寸調(diào)控)與幾何相位（由納米柱旋轉(zhuǎn)角產(chǎn)生PB相位2，=±1對(duì)應(yīng)左右圓偏振）的疊加。通過(guò)優(yōu)化納米柱高度h與占空比調(diào)節(jié)傳播相位差?，結(jié)合旋轉(zhuǎn)角實(shí)0-2相位覆蓋，滿足,從而生成攜帶OAM的渦旋光束。
渦旋超透鏡的相位公式：
從該公式可以知道，所謂的渦旋超透鏡實(shí)質(zhì)是在普通聚焦超透鏡的基礎(chǔ)上加載上渦旋相位即可得到渦旋超透鏡，這點(diǎn)與SLM的工作原理類似，也就是普通光束經(jīng)過(guò)SLM調(diào)制后都可以得到相應(yīng)的高階光束。在MATLAB計(jì)算的渦旋出來(lái)的渦旋相位分布，滿足0到2相位分布。
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超透鏡的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
超透鏡的最新內(nèi)容
當(dāng)今最重要的兩種先進(jìn)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(shù)百萬(wàn)個(gè)元原子（具有不同形狀和大小的納米級(jí)結(jié)構(gòu)）組成，以形成透鏡。表面上的元原子的大小和位置會(huì)改變光波的重定向方式。超透鏡和一縷頭發(fā)一樣纖薄，而且更緊湊，所以可替代笨重的傳統(tǒng)透鏡。超透鏡的重量非常輕，因此成為了便攜式設(shè)備的理想之選。
01/超表面成像發(fā)展態(tài)勢(shì)
? 應(yīng)用場(chǎng)景全面拓展
1.消費(fèi)電子領(lǐng)域，旗艦手機(jī)、折疊屏設(shè)備迫切需要超薄攝像頭模組，超表面透鏡可替代傳統(tǒng) 3-5 片玻璃透鏡，將鏡頭厚度壓縮至 1mm 以內(nèi)，同時(shí)降低功耗與成本；
2.AR/VR 領(lǐng)域，超表面鏡片能實(shí)現(xiàn)輕量化（單鏡片重量 < 0.1g）、大視場(chǎng)與高成像質(zhì)量，解決當(dāng)前設(shè)備厚重、邊緣色差明顯的痛點(diǎn)；
3.車載與安防領(lǐng)域
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光波導(dǎo)+超表面解決方案線下活動(dòng)
當(dāng)下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領(lǐng)域飛速發(fā)展，光波導(dǎo)作為 AR 顯示核心、超表面作為光學(xué)系統(tǒng)小型化關(guān)鍵，設(shè)計(jì)與仿真難度陡增。
2026年5月15日，OAS 光學(xué)軟件光波導(dǎo)仿真 + 超表面仿真解決方案線下活動(dòng)將于上海舉辦，助您掌握光波導(dǎo)/超表面仿真設(shè)計(jì)核心技能。
設(shè)計(jì)和分析超透鏡
基于超構(gòu)透鏡（PCA）實(shí)現(xiàn)聚焦與成像
5
微納加工工藝方案
微納加工完整流程概述
灰度曝光/直寫技術(shù)
刻蝕類工藝
其他輔助工藝
典型微納結(jié)構(gòu)加工全流程實(shí)例
6
微納結(jié)構(gòu)的表征
微納結(jié)構(gòu)面型檢測(cè)
設(shè)計(jì)和分析超透鏡
基于超構(gòu)透鏡（PCA）實(shí)現(xiàn)聚焦與成像
其可以用作高效的超透鏡、聚光鏡、納米諧振器和亞波長(zhǎng)波導(dǎo)。
表面等離子體光子學(xué)的應(yīng)用
表面等離子體光子學(xué)依賴于在金屬-電介質(zhì)界面的納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生的光學(xué)過(guò)程。表面等離子體激元，是自由載流子電子和光子在這些界面上相互作用產(chǎn)生的高度約束電磁波。
IBIS-AMI模型
內(nèi)置模型數(shù)據(jù)編輯器
Shared Lumerical Enhancements
PyLumerical
optiSLang中全新改進(jìn)的Lumerical集成
Ansys Optics Workflows and Synergies
Ansys/Moxtek超構(gòu)光學(xué)PDK
改進(jìn)了LSWM動(dòng)態(tài)鏈接性能
LSWM和超透鏡插件的新數(shù)據(jù)文件格式
當(dāng)超構(gòu)表面將透鏡、相位編碼板乃至分光功能集成于一個(gè)平面時(shí)，“極簡(jiǎn)”才真正從愿景走向物理現(xiàn)實(shí)。
液體透鏡則將“極簡(jiǎn)”推向了動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的新高度。 它不僅去掉了機(jī)械調(diào)焦馬達(dá)——傳統(tǒng)光學(xué)中最笨重、最脆弱的環(huán)節(jié)——更根本上改變了系統(tǒng)的運(yùn)作邏輯。
五維智能感知——下一代光學(xué)的百年演進(jìn)1個(gè)月前
Metalenz的Polar ID技術(shù)利用超構(gòu)透鏡精確控制每個(gè)光子的相位和偏振態(tài)，已與三星合作并應(yīng)用于其ISOCELL Vision 931圖像傳感器。超構(gòu)光學(xué)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2029年將增長(zhǎng)至20億美元。[19]
imec在光譜傳感方向取得重要進(jìn)展。
其可以用作高效的超透鏡、聚光鏡、納米諧振器和亞波長(zhǎng)波導(dǎo)。
表面等離子體光子學(xué)的應(yīng)用
表面等離子體光子學(xué)依賴于在金屬-電介質(zhì)界面的納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生的光學(xué)過(guò)程。表面等離子體激元，是自由載流子電子和光子在這些界面上相互作用產(chǎn)生的高度約束電磁波。
SPP的可調(diào)屬性實(shí)現(xiàn)了對(duì)光-物質(zhì)相互作用進(jìn)行納米級(jí)控制，從而在衍射極限光子器件和新一代集成電路納米級(jí)電子器件之間建立了一座橋梁。
