Ansys Lumerical大尺寸超透鏡的光線追跡仿真
01 前言 F^!mgU X
本文介紹了設(shè)計(jì)和模擬厘米尺度超透鏡的工作流程。 }@53*h i(
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我們將一系列不同直徑的納米尺寸等級(jí)單元(以下稱為納米單元)在Lumerical中建模，使用RCWA方法對(duì)每種直徑的納米單元進(jìn)行分析，建立納米元素直徑以及其誘發(fā)的相位和振幅關(guān)系數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)接下來被導(dǎo)入OpticStudio，以整合到光線追蹤系統(tǒng)中，借由超透鏡把準(zhǔn)直光束聚焦。 (unJwh{7Q
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02 綜述[attachment=123990] z7a @'+'
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超透鏡是由納米單元組成的先進(jìn)光學(xué)結(jié)構(gòu)，透過區(qū)域性調(diào)整單個(gè)單元，可以建立復(fù)雜的光學(xué)功能。然而，大規(guī)模仿真這種結(jié)構(gòu)是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗皇侵芷谛缘�，它由大量的納米單元組成。此外，超透鏡本質(zhì)上是基于波動(dòng)光學(xué)的，但需要將它們整合到光線追蹤系統(tǒng)中。 0%3T'N%
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關(guān)于建立超透鏡的方法的詳細(xì)信息，以及RCWA計(jì)算的驗(yàn)證，可以在文章：Small-scale metalens - Field propagation中找到。該文呈現(xiàn)了較小規(guī)模超透鏡的工作流程，此工作流使用lumerical搭配OpticStudio的物理光學(xué)傳播（POP）工具可以評(píng)估的十分全面，然而從工作流的方法中也呈現(xiàn)出仿真所需的內(nèi)存隨著鏡頭尺寸變大而變大，大到超出目前內(nèi)存能力的程度，會(huì)限制仿真的超表面尺寸。在本文中，介紹了設(shè)計(jì)直徑為20毫米的大型超透鏡的工作流程。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。 |8\e t
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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。在這個(gè)工作流程中，我們使用一個(gè)可解析定義的目標(biāo)相位輪廓，例如球形或圓柱形輪廓。Ansys OpticStudio還可用于優(yōu)化整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中超透鏡所需的波前，以便使用具有離散系數(shù)的函式（例如多項(xiàng)式）來定義目標(biāo)相位。在本文中，我們針對(duì)的是半徑為10mm，焦距為300mm的球面透鏡。 =I+5sCF{g
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