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繞射光學元件（DOE）和超表面/超穎透鏡在光學系統設計中越來越受歡迎，其應用範圍從手機鏡頭到AR / VR耳機，從3D傳感到照明。但是，對於包含 DOE 或超穎透鏡的系統進行模擬和設計總是很棘手的。沒有通用的方法可以處理所有情況。設計人員需要根據具體情況決定其系統的策略。

他還是 1968 年諾貝爾物理學獎獲得者。沒有過度失真的可變焦距鏡頭被廣泛認為是非常理想和廣泛適用的，但儘管現有技術工作人員失敗了，Alvarez還是設法提出了可變焦距鏡頭和系統。他的專利 (US3507565A 21.04.1970) 早已過期，但 DynaOptics 繼續使用我們的自由曲面透鏡技術。什麼是Alvarez 變焦鏡頭人們可能知道傳統變焦鏡頭的工作原理。

後表面可以是平面、球面、圓錐面、多項式非球面或環形表面。這使得陣列中透鏡元件表面形狀的定義和優化具有了極大的靈活性。下圖顯示了透鏡陣列1物體，它是由7 x 5個矩形透鏡組成的透鏡陣列，每個矩形透鏡都可以看作一個球面透鏡的矩形區域。其它可以用於該應用程式的物體包括透鏡陣列2物件和六邊形透鏡陣列(Hexagonal Lenslet Array)物件。

上方視場角為0°到30°的-3.00D透鏡範例中，在OpticStudio中我們能求得基本曲線為+4.50D。在Layout中我們可以看到一個傳統的眼科半月形鏡片，這個基本曲線是個常見的形狀。然而，這個結論是根據我們的設計流程而來的，基於平面入射波、視場角與其權重、透鏡與眼睛旋轉中心的距離、一些像差的忽略 (尤其是對畸變的忽略)，以及其他更多的假設。

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。

可製造的特定鏡片形狀將受到限制。同樣，OpticStudio 提供了分析特性的能力，例如最大局部表面斜率，並在優化過程中控制這些特性以確保最終的光學設計是可製造的。射出成型技術使可能的創新光學機構設計技術，具有大規模生產的模塊很多好處。鏡頭可以設計成具有復雜的邊緣特徵，使它們能夠堆疊，從而簡化組裝並消除對齊的需要。Zemax 工具使注塑光學元件的可能性最大化變得簡單。

深度掃描也稱為軸向掃描或A掃描，它根據反射到樣品中的距離來測量反射光的強度。 儘管它在OCT系統的類型之間有所不同，但深度掃描通常由參考鏡執行，以使樣品返回的光對應於樣品和參考之間的特定光程差（OPD）。 透過以x或y方向旋轉掃描鏡來執行橫向，橫向或b掃描，從而在整個樣品區域上平移探測光束。我們從商用OCT系統中獲取目標規格。 軸向分辨率完全來自光源特性，應在5μm的數量級上。

同時，我們可以利用Ex和Ey表示入射光的偏振態。另一方面，如果光束以任意的{l, m, n}向量入射，OpticaStudio會自動調整Ez 或 {Ex, Ey}，來達到k ? E = 0 且E的振幅不會增加的目標。但這樣的調整可能會使E的振幅變小，最後導致穿透光能量的損耗。

膨脹 / 收縮在本節中，我們將介紹如何考慮全像的膨脹和收縮。在加工時，全像材料可能會改變其厚度。為了考慮厚度變化的影響，我們首先將光柵向量分成兩個分量，K∥和K⊥，其中K⊥為垂直表面法線，K∥與表面法線平行。如果厚度從t到t'發生變化，則可以透過修改K∥計算出新的光柵向量，如方程式（4）。圖 4. 當全像材料收縮時，厚度從t 減少到 t'。

LiDAR（光探測和測距）是一種感測器技術，可通過測量發射光從周圍物體反射並返回到接收器所需的時間來幫助創建環境的3D數字地圖。這種3D映射作為自動駕駛汽車的關鍵使能技術在汽車行業變得越來越重要。在汽車行業之外，LiDAR用於移動設備，用於增強現實、測量距離以及模糊照片和影片中的背景等功能。

在這篇文章中，我們簡要介紹了使用 OpticStudio 設計衍射光學元件（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 設計方法。（聯系我們獲取文章附件） 本文討論了衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）的設計過程。

但是，由于OpticStudio必須使用迭代方法來確定像平面上主光線的真實光線坐標，因此使用此選項的光線追跡稍微慢一些。 經緯角( Theodolite Angle )極坐標角表示的水平角 θ 和 豎直角 φ ，以度為單位。這些角度通常用于測量和天文學。為了實現單透鏡設計的目的，我們將用角度定義視場。

然而，當metalens被放置在透鏡之間，并且入射到metalens的光束不是平面波時，設計者可以在POP中先以平面波開始模擬，光束在POP中傳播到metalens的前表面，并以ZBF文件導出。然后，ZBF被導入FDTD作為一個光源，并被傳播通過metalens。該過程的其余部分與之前討論的相同。這個過程的一個缺點是，由于需要強大的運算能力和資源，FDTD不能處理大尺寸的鏡頭。

為了在擴展范圍時保持設計波長作為參考，我們通過選擇 F’, e, C’ (可見)預設來使用 F’, e, 和 C’線。FFT Through Focus MTF 圖描述了一階焦平面（左側駝峰）如何隨著波長的增加而遠離零階焦平面（右側駝峰）。同時，在較長的波長下，更多的能量被衍射到零階，而更少的能量被衍射到一階，正如理論所預期的那樣。

圖1 （a）傳輸相位；（b）諧振相位；（c）幾何相位超表面振幅測量表征本節主要分為兩部分，首先是常用振幅的測量方法，重點是普遍適用于所有超表面，然后是處理特定應用的振幅測量，強調與超表面的操作功能相關的參數。常用振幅測量透射/反射效率：超表面相對于傳統衍射光學元件（DOE）的顯著優勢在于其更高的衍射效率，即被引導到期望的衍射通道中的透射/反射光的量。

對于本例中的單透鏡，其中一個參數（表面2的曲率半徑）不能再被認為是自由變化的參數，因為它是由求解來控制以滿足特定設計的約束。然而，透鏡的中心厚度（表面1的厚度），前表面的曲率半徑（表面1的曲率半徑），和后面透鏡與像面的距離（表面2的厚度）都可以作為變量來使單透鏡的RMS半徑最小化。

在發射口引入了一個向材料界面傳播的平面波。在界面上反射的光通過這個內部端口，然后通過監測反射率的邊界，并在完美匹配層中被吸收。 下面的圖中顯示了透射率、反射率和吸收率的樣本結果。它們與光滑表面和周期性變化表面的結果明顯不同。請注意，入射角的掃描在偏離法線 85° 時終止。當然，對于運行的每個不同的隨機幾何案例，這些圖看起來會略有不同。

FFT Through Focus MTF 圖描述了一階焦平面（左側駝峰）如何隨著波長的增加而遠離零階焦平面（右側駝峰）。同時，在較長的波長下，更多的能量被衍射到零階，而更少的能量被衍射到一階，正如理論所預期的那樣。

初始系統本文所考慮的系統 (StartingLens.zmx) 由一個簡單的雙凸透鏡組成，工作波長為0.633 nm，像平面位于其近軸焦點處。從OPD光扇圖可以看出，球差是主要的像差：通過在單透鏡的前表面放置光學全息圖 (OFH)，可將其性能優化至衍射極限。