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圖2.菲涅爾透鏡設(shè)計菜單圖3.菲涅爾表面設(shè)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(xiàn)。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(shè)計方法與以上相同。

那么接下來我們主要想要介紹如何在 OpticStudio 中進(jìn)行實際透鏡的建模，并且結(jié)合先前步驟得到的結(jié)果整體進(jìn)行模擬。第3步：整體鏡頭設(shè)計使用步驟1中的目標(biāo)相位分布和步驟2中的半徑/光場vs.相位數(shù)據(jù)庫，我們現(xiàn)在準(zhǔn)備好設(shè)計完整的超透鏡。超透鏡的相位-半徑映射無論目標(biāo)相位分布可能是什么，完整透鏡設(shè)計都涉及將空間相位分布轉(zhuǎn)換為空間（納米棒）半徑分布。

第3步：整體透鏡設(shè)計一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設(shè)計和分析超透鏡整體： 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，但它可能會在內(nèi)存和仿真時間方面帶來挑戰(zhàn)，尤其是對于較大的超透鏡而言。

在本OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計”菜單時，出現(xiàn)設(shè)計窗口如圖2。圖2.雙膠合透鏡初始設(shè)計窗體在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統(tǒng)對該透鏡的、、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

附件下載聯(lián)系工作人員獲取附件在這個例子中，我們研究一個球面菲涅爾透鏡。透鏡的曲率半徑為100cm，直徑為4.8cm。由于該結(jié)構(gòu)的尺寸較大，我們必須使用該結(jié)構(gòu)的二維近似。透鏡的焦點可以用FDTD遠(yuǎn)場投影函數(shù)來研究。 編輯 鏡頭設(shè)計和設(shè)置我們將考慮基于簡單球面設(shè)計的菲涅爾透鏡。

柱分布設(shè)計在設(shè)計柱形分布時，將超構(gòu)透鏡的預(yù)期響應(yīng)和與初始期望函數(shù)的偏差作為輸出：設(shè)置超構(gòu)透鏡設(shè)置超構(gòu)透鏡生成的超結(jié)構(gòu)模擬工作流程步驟#1為了對柱結(jié)構(gòu)的功能進(jìn)行建模，采用了傅里葉模態(tài)法(FMM，也稱為RCWA)。為此，使用帶有通用光柵元件的光柵專用光學(xué)裝置。與設(shè)計階段使用的方法相反，現(xiàn)在的結(jié)果相位包括鄰近不同柱的相互作用。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計為起點。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。

第3步：整體透鏡設(shè)計一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設(shè)計和分析超透鏡整體：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，但它可能會在內(nèi)存和仿真時間方面帶來挑戰(zhàn)，尤其是對于較大的超透鏡而言。

在本OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計”菜單時，出現(xiàn)設(shè)計窗口如圖2。圖2.雙膠合透鏡初始設(shè)計窗體在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統(tǒng)對該透鏡的、、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

在本OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計”菜單時，出現(xiàn)設(shè)計窗口如圖2。 圖2.雙膠合透鏡初始設(shè)計窗體 在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統(tǒng)對該透鏡的 、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。a.

總結(jié)設(shè)計自由曲面或漸進(jìn)透鏡理論上與傳統(tǒng)透鏡沒有區(qū)別，但是由于自由曲面上任一點都可以輕松增加或減少光焦度，所以我們需要額外的優(yōu)化和分析手段。視場光焦圖和POWF操作數(shù)即是OpticStudio進(jìn)行自由曲面設(shè)計時分管這一部分的功能。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計為起點。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。在選擇“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元初始設(shè)計”的菜單后出現(xiàn)的小窗體內(nèi)有一個書簽式選項選擇上述五種透鏡的設(shè)計選項，如圖1所示。

中山大學(xué)希望通過仿真工具在有限時間內(nèi)評估不同的超構(gòu)光學(xué)透鏡方案，靈活更改超構(gòu)光學(xué)透鏡周圍的浸沒材料，模擬材料變化后超構(gòu)透鏡的光學(xué)性能變化，例如焦點大小和效率；仿真結(jié)果必須和實驗結(jié)果相近，從而讓仿真技術(shù)為超構(gòu)光學(xué)透鏡方案節(jié)約時間和設(shè)計成本。

附件下載聯(lián)系工作人員獲取附件簡介在這個例子中，我們研究一個球面菲涅爾透鏡。透鏡的曲率半徑為100cm，直徑為4.8cm。由于該結(jié)構(gòu)的尺寸較大，我們必須使用該結(jié)構(gòu)的二維近似。透鏡的焦點可以用FDTD遠(yuǎn)場投影函數(shù)來研究。 鏡頭設(shè)計和設(shè)置我們將考慮基于簡單球面設(shè)計的菲涅爾透鏡。我們假設(shè)透鏡的曲率半徑為 100cm，透鏡直徑為 4.8cm。

在本OCAD光學(xué)系統(tǒng)自動設(shè)計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計”菜單時，出現(xiàn)設(shè)計窗口如圖2。 圖2.雙膠合透鏡初始設(shè)計窗體 在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統(tǒng)對該透鏡的 、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

衍射透鏡的設(shè)計任務(wù) 從OpticStudio導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng) 遠(yuǎn)場：OpticStudio導(dǎo)入的一致性 近場：OpticStudio導(dǎo)入的一致性 結(jié)構(gòu)設(shè)計：衍射透鏡剖面高度 結(jié)構(gòu)設(shè)計：衍射透鏡剖面高度 ? 由于是二元衍射透鏡，選擇了具有2

在這篇文章中，我們簡要介紹了使用 OpticStudio 設(shè)計衍射光學(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)計過程。

圖2.菲涅爾透鏡設(shè)計菜單 圖3.菲涅爾表面設(shè)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(xiàn)。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(shè)計方法與以上相同。

構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計為起點。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。

設(shè)計中采用FDTD全波仿真，優(yōu)化納米柱尺寸，實現(xiàn)0-2π連續(xù)相位覆蓋及高透射效率(>80%)。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計超透鏡在1um波長下可生成純度高于90% 的渦旋光束，最后分析超透鏡生成的渦旋光束的拓?fù)潆姾蓴?shù)是否符合理論設(shè)計。橫向尺寸僅為20μm×20μm。