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圖1.菲涅爾透鏡結構形式菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。

圖1.菲涅爾透鏡結構形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。

圖1.菲涅爾透鏡結構形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。

菲涅爾透鏡（Fresnel lens），是由法國物理學家奧古斯丁·菲涅爾所發明的一種透鏡。此設計原來被應用于燈塔，可以建造更大孔徑的透鏡，其特點是焦距短，且比一般的透鏡的材料用量更少、重量與體積更小。

圖5.菲涅爾透鏡在YZ平面的 Ey 場 圖6.菲涅爾透鏡在YZ平面的 Ey 場沿Z軸切片 將透鏡設計改為超透鏡后，得到了相似的結果。其焦點峰值位于 8.0475μm 處，但光斑尺寸更大。兩種設計結果的差異源于超構透鏡中高透過率區的折射率對比度不同且透射率較低。

圖1.菲涅爾透鏡結構形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。

附件下載聯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。由于該結構的尺寸較大，我們必須使用該結構的二維近似。透鏡的焦點可以用FDTD遠場投影函數來研究。 編輯 鏡頭設計和設置我們將考慮基于簡單球面設計的菲涅爾透鏡。

附件下載聯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。由于該結構的尺寸較大，我們必須使用該結構的二維近似。透鏡的焦點可以用FDTD遠場投影函數來研究。 鏡頭設計和設置我們將考慮基于簡單球面設計的菲涅爾透鏡。我們假設透鏡的曲率半徑為 100cm，透鏡直徑為 4.8cm。

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。所有示例均使用VirtualLab Fusion (VLF) 軟件進行。

本文所采用的透鏡模型是Speos OPD模塊中的全反射透鏡模型，相關方法同樣適用于光導管、全反射面和菲尼爾透鏡等Speos中的其他模型。

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。所有示例均使用VirtualLab Fusion (VLF) 軟件進行。

1、超透鏡-菲涅爾透鏡

這些軟件包使您能夠同時對單個透鏡或多個透鏡進行仿真。借助光柵耦合器和微透鏡，實現光從光纖向波導的傳播與耦合使用Lumerical亞波長模型插件對可變入射光的衍射反射進行仿真，并在Speos軟件中創建光譜錐光圖動畫超透鏡的設計和仿真仿真軟件可以顯示光如何穿過具有不同元原子布局和尺寸的超透鏡，然后導出用于制造的設計數據。

菲涅耳透鏡被構造成使得透鏡的彎曲表面在環形區域中塌陷成薄板。如下圖所示，它具有鏡片的折射效果，而沒有相應的厚度或重量。這種透鏡通常在高架投影儀，聚光燈和信號燈中用作聚光鏡。在OpTaliX中，環形面可以精確建模。因此，菲涅耳透鏡中的環形小平面的各種深度導致不同的像差。菲涅耳表面可以是折射，反射，非球面和偏心/傾斜的。也可以按數組分組。

設計流程1.用Zemax OpticStuido設計鏡頭系統，并將相應的透鏡數據傳輸到Speos，從Zemax OpticStudio轉移鏡頭CAD模型到Speos有兩種方法：一種是使用Speos-Zemax光學透鏡導入工具，該工具可以通過Ansys store訪問，另一種是將透鏡系統導出為Zemax OpticStudio中的STEP文件，并將其插入到Speos中。

在這里，使用ZOS設計的高效手機相機鏡頭系統，通過使用Zemax importer工具可以讀取ZOS透鏡數據參數，并根據它們的數學表示自動重建每個透鏡，作為基于CAD的Speos透鏡特性幾何數據，并訪問所有透鏡參數。此外，該工具將ZOS材料轉換為Speos材料格式，并將光學特性應用到透鏡上。該成像過程使用一個照度傳感器。所有幾何圖形的參考點、原點和照度傳感器對應于圖像平面的位置。

設計流程 用Zemax OpticStuido設計鏡頭系統，并將相應的透鏡數據傳輸到Speos，從Zemax OpticStudio轉移鏡頭CAD模型到Speos有兩種方法：一種是使用Speos-Zemax光學透鏡導入工具，該工具可以通過Ansys store訪問，另一種是將透鏡系統導出為Zemax OpticStudio中的STEP文件，并將其插入到

大綱菲涅爾透鏡之鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓；也就是在透鏡的一側有等距的齒紋。透過這些齒紋，可以達到對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用。傳統的打磨光學器材的帶通光學濾鏡造價昂貴。菲涅爾透鏡可以有效降低成本。

將圓錐光學界面轉換成一個二元衍射界面 1) 菲涅爾區域設置? 在VirtualLab Fusion中是使用薄元近似（TEA）來模擬菲涅爾衍射透鏡的；? 在TEA中，菲涅爾高度hf必須對應2?的相位差，即hf=?/(nsubstrate-nembedding)，其中?為入射光的波長，nsubstrate是入射透鏡的折射率，nembedding是透鏡所處環境的折射率，

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。 圖3 帶有菲涅爾波帶片的系統布局 然而，如果現在用 POP 對同樣的情況進行建模，就會發現光束會在圖像表面處聚焦，如圖4所示。在這里，我們從束腰為2.6mm的高斯光束開始，將光束聚焦為束腰約為0.4mm的光斑。