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摘要在光學設計中，通常使用兩種介質之間的光滑界面來塑造波前。球面和非球面界面用于在成像系統中創建透鏡和反射鏡。在非成像光學中，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換為符合設計標準的特定輸出相位。平面表面可以實現通常通過光滑表面進行的相同相位變換。本文探討了設計平面透鏡的基本原理，包括菲涅爾透鏡、衍射透鏡和超透鏡。

摘要在光學設計中，通常使用兩種介質之間的光滑界面來塑造波前。球面和非球面界面用于在成像系統中創建透鏡和反射鏡。在非成像光學中，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換為符合設計標準的特定輸出相位。平面表面可以實現通常通過光滑表面進行的相同相位變換。本文探討了設計平面透鏡的基本原理，包括菲涅爾透鏡、衍射透鏡和超透鏡。

在玻璃板的背面，使用菲涅爾波帶片表面類型創建了一個同心的二元結構。在布局窗口中，您可以看到光線不改變其傳播方向，光束保持準直傳播，從物體表面到圖像表面。 注意，對于這種結構，透鏡的最大允許直徑可能嚴格取決于入射光束的相干程度和透鏡的焦距。本文將不討論波帶片的設計基準原則。

在玻璃板的背面，使用菲涅爾波帶片表面類型創建了一個同心的二元結構。在布局窗口中，您可以看到光線不改變其傳播方向，光束保持準直傳播，從物體表面到圖像表面。注意，對于這種結構，透鏡的最大允許直徑可能嚴格取決于入射光束的相干程度和透鏡的焦距。本文將不討論波帶片的設計基準原則。

這些結構可以將入射光重定向到多個空間方向，這些方向被稱為衍射級次。衍射光柵的應用十分廣泛，涵蓋光譜分析到增強現實（AR）眼鏡等技術。 表面浮雕光柵（SRG）和體積全息光柵（VHG）目前業內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打印或光刻技術等機械方法制造的小型周期性刻線。

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。

1、超透鏡-菲涅爾透鏡 超構透鏡是超構表面的直接應用，是光子學領域的一項重大進展。傳統透鏡依靠曲率聚焦光線，而超構透鏡由亞波長單元陣列構成，在實現相同光學性能的同時，保持了纖薄輕便的特性。這些高折射率對比度的亞波長單元能對光源產生累積偏折效應。 本案例采用傳統菲涅耳透鏡設計，以驗證超透鏡的有效性。

在眼睛模型中模擬人工晶狀體性能 雙焦點人工晶狀體設計 為了證明新的衍射表面DLL的適用性和優勢，我們基于文獻[1]實現了一個理想的衍射透鏡模型，該模型在設計波長處將光均勻地分布到零階和第一衍射階。（雖然這兩個階的功率相等，但施加的衍射面也會將一小部分功率發送到更高階。）

? 衍射透鏡后的相位分布，相位差為π。 2) 點擴散函數（PSF） 對于平面波入射，焦平面上的光分布即是PSF。當增加光視圖的亮度后，可以看到由于離散高度級次和像素導致的雜散光和高階sinc級次。 3) 調制傳遞函數（MTF）使用調制傳遞函數探測器可以進行MTF的計算。 6.

如下圖所示，在軟件中設置相關的參數，最終得到的菲涅爾面如下圖所示， 在這里我們只考慮了表面的曲率半徑，后面的圓錐系數和高階系數在設計過程中，也可以做為變量來優化，同時OpticStudio軟件中也有許多使用菲涅爾透鏡的案例文件，位于{Zemax}\Samples\Non-sequential\Fresnel Lenses目錄中。

在眼睛模型中模擬人工晶狀體性能 雙焦點人工晶狀體設計 為了證明新的衍射表面DLL的適用性和優勢，我們基于文獻[1]實現了一個理想的衍射透鏡模型，該模型在設計波長處將光均勻地分布到零階和第一衍射階。（雖然這兩個階的功率相等，但施加的衍射面也會將一小部分功率發送到更高階。）根據人工晶狀體的ISO標準，我們將中心波長設置為e線，即λ0=546.07nm。

將超透鏡建模集成到多尺度光學系統仿真中Frank WyrowskiNovember 2024摘要 摘要 這篇文章探討了近年來備受關注的超透鏡（metalenses）這一主題。超透鏡是平面透鏡的一種特殊類別，與衍射透鏡和菲涅耳透鏡并列。我們介紹了相關概念，并展示了 VirtualLab Fusion軟件在模擬和設計超透鏡方面的能力。

然后，該腳本執行從近到遠的場投影以計算焦距。我們在空氣中進行這種投影，這將考慮在鏡頭背面的平板玻璃-空氣界面上發生的反射和折射。我們預測焦距應約為 R/（n2-n1） = 200 mm。投影在 x 和 y 值范圍內執行低分辨率計算，以創建下圖。請注意，由于近場數據量如此之大，計算需要幾分鐘。我們看到焦平面確實在預測的-200mm左右。

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。

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。

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。

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。

然后，該腳本執行從近到遠的場投影以計算焦距。我們在空氣中進行這種投影，這將考慮在鏡頭背面的平板玻璃-空氣界面上發生的反射和折射。我們預測焦距應約為 R/（n2-n1） = 200 mm。投影在 x 和 y 值范圍內執行低分辨率計算，以創建下圖。請注意，由于近場數據量如此之大，計算需要幾分鐘。我們看到焦平面確實在預測的-200mm左右。

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

特定應用的振幅測量超透鏡特性：超透鏡需要表征兩個關鍵屬性：分辨率和信噪比（SNR）。分辨率通常被定義為點擴展函數（PSF）的半高全寬（FWHM）。PSF是超透鏡在點光源照射下焦平面上的光強分布。比如，將準直光束發送到具有足夠小直徑的針孔上，以此來模擬點源，如圖2所示。但使用PSF的FWHM作為分辨率度量是有局限性的，因為像差更多地影響PSF的旁瓣，而不是中心瓣的直徑 。