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? 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)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實(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具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實(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。

□ 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)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實(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具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實(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。

? 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)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實(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具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實(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。

超表面全息調(diào)節(jié)相干性的效果（來自原文）（二）核心技術(shù)創(chuàng)新本文的核心創(chuàng)新的是采用簡并腔激光器（Degenerate Cavity Laser, DCL）作為調(diào)控光源，該光源可通過簡單移動(dòng)腔內(nèi)透鏡，實(shí)現(xiàn)發(fā)光模式的靈活切換——發(fā)光點(diǎn)從1個(gè)增至數(shù)百個(gè)，且各發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光彼此不相干，相當(dāng)于數(shù)百個(gè)獨(dú)立微小激光器同時(shí)照射超表面。

球面和非球面界面用于在成像系統(tǒng)中創(chuàng)建透鏡和反射鏡。在非成像光學(xué)中，自由曲面被用來故意引入特定的像差以塑造光的能量分布。在每種情況下，表面都將入射波前的相位轉(zhuǎn)換為符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的特定輸出相位。平面表面可以實(shí)現(xiàn)通常通過光滑表面進(jìn)行的相同相位變換。本文探討了設(shè)計(jì)平面透鏡的基本原理，包括菲涅爾透鏡、衍射透鏡和超透鏡。所有示例均使用VirtualLab Fusion (VLF) 軟件進(jìn)行。

球面和非球面界面用于在成像系統(tǒng)中創(chuàng)建透鏡和反射鏡。在非成像光學(xué)中，自由曲面被用來故意引入特定的像差以塑造光的能量分布。在每種情況下，表面都將入射波前的相位轉(zhuǎn)換為符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的特定輸出相位。平面表面可以實(shí)現(xiàn)通常通過光滑表面進(jìn)行的相同相位變換。本文探討了設(shè)計(jì)平面透鏡的基本原理，包括菲涅爾透鏡、衍射透鏡和超透鏡。所有示例均使用VirtualLab Fusion (VLF) 軟件進(jìn)行。

表面浮雕光柵（SRG）和體積全息光柵（VHG）目前業(yè)內(nèi)有兩種類型的衍射光柵： 表面浮雕光柵 體積全息光柵表面浮雕光柵具有使用金剛石車削、3D打印或光刻技術(shù)等機(jī)械方法制造的小型周期性刻線。每種光柵中的刻線都不相同，使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)預(yù)期應(yīng)用和波長范圍定制光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)控。

然而，納米壓印用于超表面加工依然存在著許多問題。首先，超表面通常由折射率較高的材料構(gòu)成，如TiO2，Si，金屬等等。而納米壓印的材料一般折射率較低，例如PDMS。因此，壓印完成后通常需要進(jìn)行二次加工，包括沉積高折射率材料以及蝕刻垂直結(jié)構(gòu)。在此過程中，額外的加工缺陷不可避免被引入，從而破化超表面的光學(xué)性能。其次，超表面結(jié)構(gòu)單元常要求高深寬比，例如超表面透鏡。

說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)的近場和遠(yuǎn)場分析在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。

超表面原理超表面是由納米結(jié)構(gòu)元素組成的，這些元素位于分隔兩種介質(zhì)的界面處。這些納米結(jié)構(gòu)可用于控制透射光和反射光的光學(xué)特性。超表面的優(yōu)勢是通過在納米結(jié)構(gòu)處對(duì)入射光產(chǎn)生相移來實(shí)現(xiàn)波前控制。傳統(tǒng)的應(yīng)用包括可以實(shí)現(xiàn)光任意角度偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器、具有聚光功能的超透鏡、可以投影用戶定義的強(qiáng)度分布的全息圖等。

目標(biāo)相位輪廓在這一步中，我們使用光線追跡為超透鏡設(shè)計(jì)所需的相位輪廓。在OpticStudio中，超表面可以通過衍射表面類型來進(jìn)行描述，意味著該表面將在基本折射或反射效應(yīng)的基礎(chǔ)上添加額外的附加相位分布，通過該相位分布對(duì)光線造成額外的偏折。

說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)的近場和遠(yuǎn)場分析在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。

課程涵蓋的光柵示例既有表面型光柵，也有全息型體光柵，例如傾斜光柵、閃耀光柵、用于光學(xué)超透鏡的Nanopillar結(jié)構(gòu)等。此外還會(huì)介紹超表面的設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎(chǔ)。

超表面的概念、實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用（來自原文）回顧超透鏡的研究進(jìn)展，多項(xiàng)突破性成果已相繼涌現(xiàn)：部分研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出數(shù)值孔徑（NA）高達(dá) 0.99 的超透鏡，部分實(shí)現(xiàn)了 100° 寬視場下的超透鏡成像功能，還有團(tuán)隊(duì)開發(fā)出具備消色差特性的超透鏡、可完成邊緣檢測的超透鏡陣列，以及用于偏振檢測與成像的專用器件，同時(shí)在增強(qiáng)及操縱非線性與量子效應(yīng)的超表面研發(fā)方面也取得顯著進(jìn)展。

1、繪制相關(guān)相位曲線圖目前大多數(shù)超透鏡都是利用其表面相位分布來實(shí)現(xiàn)所需的功能，最常見的便是光束聚焦的功能，要實(shí)現(xiàn)該功能，需要超透鏡上的每一點(diǎn)滿足以下關(guān)系：其中，x0、y0表示超透鏡的中心位置，x、y表示超透鏡上各點(diǎn)的位置，f表示焦距。

在這篇文章中，我們簡要介紹了使用 OpticStudio 設(shè)計(jì)衍射光學(xué)元件（DOE）和超透鏡（metalens）的過程。我們討論了相位面和局部光柵的概念。附件中還提供了一些有用的DLLs，以支持特殊的 DOE 或 metalens 設(shè)計(jì)方法。（聯(lián)系我們獲取文章附件） 本文討論了衍射光學(xué)元件（DOE）和超透鏡（metalens）的設(shè)計(jì)過程。

設(shè)計(jì)的超構(gòu)光學(xué)透鏡示意圖，由不同旋轉(zhuǎn)角度的微納長方體柱排列而成，工作波長為 532 納米 基于超構(gòu)表面注1 的平面超構(gòu)光學(xué)透鏡，可在百納米厚度的微納結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)超大數(shù)值孔徑注2顯微物鏡，從而克服傳統(tǒng)光學(xué)玻璃物鏡加工難度大、成像系統(tǒng)體積大等缺點(diǎn)。目前一些鏡頭制造過程已自動(dòng)化了，但鏡片工匠仍然很重要，通常需要 10-15 年的時(shí)間來培訓(xùn)技術(shù)人員以達(dá)到專業(yè)水平。

在這個(gè)工作流程中，演示了我們可以在納米單元級(jí)別設(shè)計(jì)超表面，并將其組裝到厘米等級(jí),并將超透鏡整合到OpticStudio的光線追蹤系統(tǒng)中。流程最后還提供了將超表面信息提取到GDS檔案中進(jìn)行制造的步驟。步驟1：定義相位目標(biāo)第一步是定義超透鏡相位目標(biāo)的空間分布。由于大尺寸的超透鏡需要數(shù)量龐大的納米單元來構(gòu)成，如果空間分布用位置的查表來表達(dá)，內(nèi)存需求會(huì)超出一般CPU的負(fù)荷。

超透鏡是一種通過控制表面納米結(jié)構(gòu)來調(diào)制光束的幅度和相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波前操控（如光束偏轉(zhuǎn)、光束聚焦和偏振分束等）的新型技術(shù)，現(xiàn)有的超透鏡設(shè)計(jì)一般分為介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)和金屬諧振結(jié)構(gòu)兩種。一、介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)對(duì)于超透鏡的各種應(yīng)用來說，首先需要超透鏡的單元，即介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)的透過相位可以在360°的相位范圍內(nèi)進(jìn)行自由調(diào)制。

透鏡表現(xiàn)出發(fā)散行為！在與之前相同的平面上計(jì)算輻照度確認(rèn)了這一結(jié)果。幻燈片 #97–101在下一個(gè)示例中，我們?cè)诠馐鴶U(kuò)束器系統(tǒng)中用柱型超透鏡替換了一個(gè)非球面透鏡表面。在選擇要替換的表面后，VirtualLab Fusion 自動(dòng)確定超透鏡所需的相位響應(yīng)。超透鏡的直徑接近 5 毫米，由 12000 x 12000 個(gè)超元胞組成，確保其功能性。訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在 7 秒鐘內(nèi)完成設(shè)計(jì)。