VirtualLab Fusion应用：超透镜的设计与分析

Trigger · 发表于 2025-3-4 10:23:05

摘要

透镜是一种透射光学装置，通过改变光的相位使光聚焦或散焦。与传统透镜不同，超透镜的优点是能够在非常薄的层中实现所需的相位变化，使用的结构尺寸在波长量级及以下，而不需要复杂和体积庞大的透镜组。在这个例子中，我们展示了使用圆柱形介电纳米柱超构透镜的设计过程。由于其纳米级结构和高折射率对比度，电磁场的全矢量建模是必不可少的。对于初始配置，使用E. Bayata工作中的参数。

设计任务

仿真与设置：单平台互操作性
连接建模技术：超构透镜
 超构透镜(柱结构分析)
 传播到焦点
 探测器
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周期性微纳米结构可用的建模技术：
作为一种严格的特征模态求解器，傅里叶模态法(也称为严格耦合波分析，RCWA)提供了非常高的精度。虽然计算可能需要一段时间，但对于像这样复杂的系统，高精度是绝对必要的。

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连接建模技术：自由空间传播
 超构透镜(柱结构分析)
 传播到焦点
 探测器
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自由空间传播可用的建模技术：

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当我们将场传播到焦点时，我们预计衍射效应会起作用。为此，选择傅里叶域技术来模拟这一自由空间传播步骤，因为它们在速度和精度之间提供了很好的折衷。

连接建模技术：探测器
 超构透镜(柱结构分析)
 传播到焦点
 探测器
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在不同物理值的探测器建模方面具有完全的灵活性，包括：
• 辐射度测量，例如辐照度，强度
• 光度测量，例如光照度，光亮度
• 横向范围测量(例如FWHM)

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超构透镜设计流程
为设计创建理想相位

柱直径与相位值

柱分布设计
根据所选择的元胞类型所提供的光学函数和相位值，可以设计横向分布。在这一步中使用一个模块代码，该模块代码选择合适的柱直径来生成所需相位的横向分布。

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柱分布设计
在设计柱形分布时，将超构透镜的预期响应和与初始期望函数的偏差作为输出：

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设置超构透镜

设置超构透镜

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生成的超结构

模拟工作流程步骤#1
为了对柱结构的功能进行建模，采用了傅里叶模态法(FMM，也称为RCWA)。为此，使用带有通用光栅元件的光栅专用光学装置。与设计阶段使用的方法相反，现在的结果相位包括邻近不同柱的相互作用。
步骤#1：光栅专用光学装置结果：超构透镜后的相位（以及振幅未显示）

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模拟工作流程步骤#2
在第二步中，使用存储函数元件将实际结构计算的函数进一步传播到通用光学设置中。

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对比

导出柱结构
为了导出所设计的柱结构，通过模块支持GDSII和基于文本的导出。

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VirtualLab Fusion应用：超透镜的设计与分析

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