微透鏡陣列設計
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-02
微透鏡陣列設計的實例教程
WSS中負責將空間光束與光纖耦合的端口陣列模塊，決定了M×N端口WSS的關鍵參數，如輸入/輸出端口數量和插入損耗。本文采用強大的物理光學仿真工具VirtualLab Fusion 2023.1（Build 1.558）軟件，設計優化了硅基微透鏡陣列，實現1143 μm間距光纖陣列的高精度耦合。最終，所設計的微透鏡經制造驗證，在3 dB插入損耗條件下展現出優異的聚焦能力。該微透鏡陣列耦合系統在傳輸約300 mm距離后，可生成28個直徑約1mm（光束1/e2直徑）的聚焦光斑，顯著擴展了波長選擇開關的端口數量。該微透鏡陣列設計方法顯著提升了M×N端口波長選擇開關的端口數量，成功擴展至令人矚目的28×28端口規模。
展開 WSS中負責將空間光束與光纖耦合的端口陣列模塊，決定了M×N端口WSS的關鍵參數，如輸入/輸出端口數量和插入損耗。本文采用強大的物理光學仿真工具VirtualLab Fusion 2023.1（Build 1.558）軟件，設計優化了硅基微透鏡陣列，實現1143 μm間距光纖陣列的高精度耦合。最終，所設計的微透鏡經制造驗證，在3 dB插入損耗條件下展現出優異的聚焦能力。該微透鏡陣列耦合系統在傳輸約300 mm距離后，可生成28個直徑約1mm（光束1/e2直徑）的聚焦光斑，顯著擴展了波長選擇開關的端口數量。該微透鏡陣列設計方法顯著提升了M×N端口波長選擇開關的端口數量，成功擴展至令人矚目的28×28端口規模。
展開 圖一 多焦距微透鏡陣列制作原理圖
圖二 (a) 多焦距微透鏡陣列設計，(b) 3D打印的微孔陣列，(c) 復刻的多焦距微透鏡陣列，(d) 多焦距微透鏡陣列局部顯微圖。
圖三 利用多焦距微透鏡陣列拍攝不同物距情況下的物體，物距為(a) 14.3mm，(b) 28.5mm，(c) 45.5mm時拍攝的圖像。當物距為14.3mm時，中心區域的透鏡可呈現清晰圖像；當物體移離微透鏡陣列時，外圈的透鏡可以呈現清晰的圖像。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1364/OE.425333
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展開 介紹
小透鏡陣列可應用在很多方面，其中包含光束均勻化。本文演示了一個用于在探測器上創建均勻的非相干照度的成像微透鏡陣列的設計。輸入光束具有高斯輪廓，半寬度等于微透鏡陣列大小，并且顯示了其功率輪廓被微透鏡陣列消除掉。
系統輸出
簡單示例系統由單色光源組成，空間高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半發散角，兩個相同的33*33透鏡陣列（10mm孔徑），微透鏡焦距4.80mm和單個微結構0.3mm，成像透鏡焦距100mm及位于成像透鏡的后焦平面位置的一個探測器平面。
成像結構如下所示，fLA1 < a12 < fLA1 + fLA2。在探測器平面上照明區域的直徑由下式給出：
照明平面上的半發散角度由下式給出：
在FRED文件給出的例子中，對于指定的微透鏡陣列和成像透鏡，結構如下給出：
DFT=6.07mm
θ≈4.4o
微透鏡構建
微透鏡的結構包括一個輸入平面，陣列式的基面和接近于微透鏡陣列裁剪體的外邊緣表面。這些組件如下所示：
可以采取以下步驟來創建微透鏡陣列的幾何結構。
1.創建一個組件來控制微透鏡陣列的組件（Menu > Create > New Subassembly）。
2.創建一個半寬度對應陣列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED原始構造用于定義平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。創建一個半寬度對應排列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。
展開 介紹
小透鏡陣列可應用在很多方面，其中包含光束均勻化。本文演示了一個用于在探測器上創建均勻的非相干照度的成像微透鏡陣列的設計。輸入光束具有高斯輪廓，半寬度等于微透鏡陣列大小，并且顯示了其功率輪廓被微透鏡陣列消除掉。
系統輸出
簡單示例系統由單色光源組成，空間高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半發散角，兩個相同的33*33透鏡陣列（10mm孔徑），微透鏡焦距4.80mm和單個微結構0.3mm，成像透鏡焦距100mm及位于成像透鏡的后焦平面位置的一個探測器平面。
成像結構如下所示，fLA1 < a12 < fLA1 + fLA2。在探測器平面上照明區域的直徑由下式給出：
照明平面上的半發散角度由下式給出：
在FRED文件給出的例子中，對于指定的微透鏡陣列和成像透鏡，結構如下給出：
DFT=6.07mm
θ≈4.4o
微透鏡構建
微透鏡的結構包括一個輸入平面，陣列式的基面和接近于微透鏡陣列裁剪體的外邊緣表面。這些組件如下所示：
可以采取以下步驟來創建微透鏡陣列的幾何結構。
1.創建一個組件來控制微透鏡陣列的組件（Menu > Create > New Subassembly）。
2.創建一個半寬度對應陣列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED原始構造用于定義平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。創建一個半寬度對應排列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。
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</div><p><strong>主題：基于Ansys Zemax的微透鏡陣列與光纖陣列設計</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>演講嘉賓：</strong></p><p class="ql-align-center"><img
摘要
近幾十年來，CMOS傳感器的像素尺寸已經從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時，這也給每個像素上微透鏡的功能帶來了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴格的FMM/RCWA進行仿真，以驗證微透鏡的有效性。
建模任務
模擬&設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
在模擬中達到正確的精度
圖10 考慮色差的波相差
圖11 考慮色差的MTF
為解決高斯光束光照不均勻問題，團隊在ZEMAX非序列模式下設計微透鏡陣列勻光系統：選用高斯光源，設置光軸為z軸，微透鏡陣列采用20×20排列，搭配OKP-1材質聚焦透鏡，通過探測器監測確定像面位置（圖12）。
本文采用強大的物理光學仿真工具VirtualLab Fusion 2023.1（Build 1.558）軟件，設計優化了硅基微透鏡陣列，實現1143 μm間距光纖陣列的高精度耦合。最終，所設計的微透鏡經制造驗證，在3 dB插入損耗條件下展現出優異的聚焦能力。該微透鏡陣列耦合系統在傳輸約300 mm距離后，可生成28個直徑約1mm（光束1/e2直徑）的聚焦光斑，顯著擴展了波長選擇開關的端口數量。
該微透鏡陣列設計方法顯著提升了M×N端口波長選擇開關的端口數量，成功擴展至令人矚目的28×28端口規模。
在VirtualLab Fusion中，光柵結構是在“堆棧”中配置的，根據光柵的幾何形狀，可以用一系列界面或特殊介質構造光柵結構。在這種使用情況下，說明了基于界面的光柵結構的配置。
使用界面配置光柵結構
通過連續減小CMOS傳感器的像素尺寸，近幾十年來已經實現了越來越好的空間分辨率，并且這種趨勢有望繼續。但是，這便將關注點放到位于每個像素頂部的微透鏡上。當像素尺寸接近波長時，微透鏡是否仍可以按預期聚焦光線？我們在選定的示例中使用VirtualLab Fusion研究了此問題。
集成微透鏡陣列的CMOS傳感器分析
1. 摘要
在最近的幾十年里，COMS傳感器的像素尺寸由最初大于10um以發展至2um，甚至更小。通過減小像素尺寸以獲得更高的空間分辨率。與此同時，這也為覆蓋在每個像素上的微透鏡的功能帶來了疑問。在此示例中，我們研究了像素大小等于或小于2um CMOS傳感器的性能。 并在仿真分析中采用嚴格的FMM / RCWA以檢測微透鏡的有效性。
2. 建模任務
摘要
近幾十年來，CMOS傳感器的像素尺寸已經從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時，這也給每個像素上微透鏡的功能帶來了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴格的FMM/RCWA進行仿真，以驗證微透鏡的有效性。
建模任務
模擬&設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
摘要
近幾十年來，CMOS傳感器的像素尺寸已經從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時，這也給每個像素上微透鏡的功能帶來了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴格的FMM/RCWA進行仿真，以驗證微透鏡的有效性。
建模任務
模擬&設置：單平臺互操作性
建模技術的單平臺互操作性
