[已解决]关于超表面在zemax里的模型构建问题

既见花

本人研究方向是超透镜相关，最近看到一篇论文，附件已给出，idea是使用两个超表面去做一块消色差透镜，思路源于图1，使用两块透镜完成消色差，赋予超表面不同的相位，即可达到相同的效果
图1

基本结构如图2左上角所示

图2 基本结构与相位曲线

双层结构，左边的超表面称为光阑面，右边的超表面称为聚焦面，两个面的相位公式由下图给出

对应的相位曲线分别为图2的（h）和（j），需要优化的参数为相位公式中的An和Bn，在自定义面型中输入特定的相位公式，使用zemax进行参数优化




超表面的厚度是纳米级别，无法直接将“超表面-玻璃-超表面”做成一个三层结构
在zemax软件中，我目前建立的模型在图3给出




入瞳直径0.312mm，视场y=0，10，25，波长为532nm
第一层超表面：表面2，为光阑面，面型选择二元面2，衍射级次1，项数5，
玻璃层：选择表面2的厚度为玻璃层厚度0.5mm，折射率论文中未给出，暂定为532nm波长下n=1.47
第二层超表面：选择输入了相位公式的自定义面型，半径0.321mm，焦距0.342mm


优化前布局图

评价函数选择RMS，光斑半径，质心

优化后布局图

优化后的MTF曲线，全部重合，这里不太理解

现在的困惑是，目前建立的这个模型是否合理，仅优化An，Bn十个参数并不能达到现在项目所需要的90°视场需求
还望各位同行能不吝赐教，给小弟指点迷津，不胜感激

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学术laji问

2021-1-19 08:54

你使用二元面就可以了，你优化也只是得到他的相位分布函数，再用超表面去模拟这个相位分布函数。

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学术laji问

90度视场应该很好做，两个超表面不行就多弄几个超表面。

学术laji问

而且为啥你的帖子的图我的浏览器加载不出来

天空很蓝

联系管理员来协助你处理下图片吧

既见花

学术laji问 发表于 2021-1-14 09:18
90度视场应该很好做，两个超表面不行就多弄几个超表面。

您好！非常抱歉图片加载不出来，现在无法编辑帖子。
目前的项目是使用zemax构建并优化一个单层超透镜，使其能够在光的大角度入射时有较好的消像差功能。

参数要求：波长940nm，透镜直径100微米，Fnumber（焦距/镜头直径）=1.8，透镜视场角90度，物距无穷远
优化目标：畸变<2%，相对照度>70%，MTF接近市面上传统透镜产品

这是目前的镜头数据及布局图，MTF曲线，效果并不是很理想


接触超透镜这个方向不是很久，看的相关论文也并未提及具体优化过程。想请教的是在zemax中应该如何构建一个单层及双层超透镜的模型，非常感谢！

既见花

学术laji问 发表于 2021-1-14 09:18
90度视场应该很好做，两个超表面不行就多弄几个超表面。

另外的一个工作就是复现附件论文中双层消色差透镜结构


左边是aperture meta-lens，右边是focus meta-lens


上图为透镜参数


这是在zemax中构建的双层超透镜，思路是将左边的光阑超透镜和玻璃基底作为一个面，右边的聚焦超透镜作为一个面
优化后的相位曲线基本吻合，但是MTF曲线全部重合在一起，不清楚是什么原因。

不知这个思路的构建是否合理，还望您能够指导一二，感谢

学术laji问

既见花 发表于 2021-1-17 19:01
另外的一个工作就是复现附件论文中双层消色差透镜结构

你复现的结果是对的，三条曲线完全重合说明他所有视场都优化接近衍射极限，这就说明你的优化结果很好了。这篇文章我看过了，我实在不知道这篇文章哪里消色差了，5nm的带宽也能叫消色差？？其实zemax里的二元面优化仅仅只能得到一个相位分布函数，然后我们在使用一些手段去达到这样的一个相位分布，以实现自己所期望的光场调制。对于超透镜或者说超表面，他们的色散是不取决于材料的，而是叫结构色散的东西，这种结构色散，可以是正色散也可以是负色散，而这种特性又和他们的单元周期结构有极大的关系。所以说仅仅使用zemax的二元面是不能优化出一个具备消色差透镜的东西的。5nm带宽，我按照单波长优化他也是有5nm带宽的

既见花

学术laji问 发表于 2021-1-18 21:46
你复现的结果是对的，三条曲线完全重合说明他所有视场都优化接近衍射极限，这就说明你的优化结果很好了。 ...

非常不好意思，这里是我打错了，应该是双层消像差透镜，不是消色差。

现在双层结构的优化没有问题，我目前难以突破的一个问题是单层消色差超透镜的模型建立，下图是参数及分析图

可以看到在对参数进行优化后，单层结构的布局图并不是很理想，并且畸变为0？
优化的目标是波长940nm，透镜直径100微米，Fnumber（焦距/镜头直径）=1.8，透镜视场角90度，物距无穷远，畸变<2%，相对照度>70%，MTF接近市面上传统透镜产品

想请教一下单层超透镜的模型建立以及这个畸变为零的原因

学术laji问

你使用二元面就可以了，你优化也只是得到他的相位分布函数，再用超表面去模拟这个相位分布函数。

既见花

学术laji问 发表于 2021-1-19 08:54
你使用二元面就可以了，你优化也只是得到他的相位分布函数，再用超表面去模拟这个相位分布函数。

嗯嗯，好的，非常感谢。
还有一个想请教的是优化的时候评价函数编辑器需要加一些其他的操作数吗，比如MTFS,MTFT之类，我现在只会使用默认的优化函数