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引言
* c s5 V, }, w# [2 }3 S* P! q7 m超透鏡技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大潛力,在成像、傳感和通信等多個領(lǐng)域帶來變革。為了促進(jìn)這種先進(jìn)光學(xué)元件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),逍遙科技開發(fā)了Meta Studio軟件套件來簡化超透鏡的設(shè)計(jì)過程。本文將指導(dǎo)您了解Meta Studio的主要特性和功能,展示如何利用該軟件創(chuàng)建高效且有效的超透鏡設(shè)計(jì)。0 y5 }3 r, w2 n7 T* l; S- w, I
, B; T" x$ k& I4 @Meta Studio簡介9 p' |# U9 P. l' y
Meta Studio是集成解決方案,將超透鏡設(shè)計(jì)的各個方面整合在一起,從初始概念到最終版圖生成。該軟件融合了多種先進(jìn)算法和理論模型,包括粒子群優(yōu)化算法、物理光學(xué)、傅里葉光學(xué)、角譜衍射、時域有限差分法(FDTD)和嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)。2 j+ Q& ~5 W( l9 ~& n( r
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+ Y% J4 G, x: L9 L- S2 B圖1:Meta Studio中使用的物理光學(xué)角譜衍射方法示意圖。
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; c4 [1 D5 Q7 M: C' `- KMeta Studio的核心優(yōu)勢在于能夠簡化復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程,使工程師和研究人員更容易使用。通過利用物理光學(xué)方法進(jìn)行相位設(shè)計(jì),并對超原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)值模擬,該軟件確保了超透鏡設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率。; p1 b+ B4 w; w$ u& }4 C9 n
3 K2 K9 h( b* z6 [" BMeta Studio的主要功能# {# j \3 F9 W/ W$ z n
Meta Studio提供了全面的超透鏡設(shè)計(jì)工具,包括:
# A' h! r4 ~4 A1. 相位設(shè)計(jì):用戶可以為各種超透鏡應(yīng)用創(chuàng)建自定義相位分布。! B! e3 `/ J6 t' L) L4 I( t
2. 超原子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):用戶可以設(shè)計(jì)和優(yōu)化構(gòu)成超透鏡的各個超原子結(jié)構(gòu)。
- I }# l$ [0 A5 d* B" q6 E5 C3. 焦平面和傳播平面場分布:Meta Studio提供了不同平面上光場分布的詳細(xì)計(jì)算。7 I9 ^' l/ _2 ]7 F- x
4. GDS導(dǎo)出:軟件可以生成符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的GDS文件,用于制造目的。
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圖2:使用Meta Studio設(shè)計(jì)的不同超表面器件示例。+ j; ]% u+ s5 G/ Q0 {, q8 R
$ A3 @* S! @( G! _這些功能使得創(chuàng)建各種超表面器件成為可能,包括雙曲相位透鏡、超分辨率聚焦透鏡、無衍射光束相位表面和準(zhǔn)直器。% _& ^2 x6 L/ {! `& f5 }0 H' X1 I2 G' t- S
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Meta Studio的設(shè)計(jì)工作流程* y7 i) D/ ]# e: Q3 ?
Meta Studio的典型設(shè)計(jì)工作流程包括以下幾個關(guān)鍵步驟:
( ]: I, ?2 r$ C1. 確定設(shè)計(jì)目標(biāo):指定超透鏡所需的功能和性能指標(biāo)。1 u* ]0 p2 y d$ L5 W. ]% \( a
2. 超原子參數(shù)設(shè)計(jì):設(shè)置超原子的結(jié)構(gòu)類型、幾何參數(shù)和材料屬性。
2 M I- \' Q* `/ z" z' _3. 優(yōu)化超原子庫:自動模擬和選擇特定材料和頻率下的最佳超原子結(jié)構(gòu)。4 @# P2 r& ~* M) l
4. 目標(biāo)相位設(shè)計(jì):根據(jù)所需功能設(shè)計(jì)或優(yōu)化相位分布。
; c$ y1 i0 j. q: J5. 仿真和驗(yàn)證:對排列好的超表面進(jìn)行光學(xué)仿真,驗(yàn)證其性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。
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0 r2 n1 L; |6 ?, Q1 H圖3:Meta Studio中超表面設(shè)計(jì)過程的流程圖。 v% H9 v3 g5 p& ]& v1 d
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對于更高級的應(yīng)用,Meta Studio還支持逆向設(shè)計(jì)過程:
# \, H- n' V$ ?3 E. u( J1. 定義優(yōu)化成本函數(shù):制定包含所需性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)。
0 m' D! T. {2 q2. 初始超表面設(shè)計(jì):使用超原子庫創(chuàng)建初始設(shè)計(jì)。
3 L0 R2 e" l9 G3 P$ n0 M3. 正向仿真和評估:進(jìn)行仿真并評估成本函數(shù)。# R& U) u3 x; J' ?% h c
4. 梯度計(jì)算和設(shè)計(jì)更新:計(jì)算梯度并迭代更新設(shè)計(jì)。! ^4 y+ S; @& G3 j% X
5. 最終驗(yàn)證:一旦設(shè)計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行最終仿真以驗(yàn)證結(jié)果。) z" o! Q. |9 w! h; l4 G
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+ V. o& b6 w4 Y0 i0 H0 p9 n# s' L+ X圖4:Meta Studio中超表面逆向設(shè)計(jì)過程的流程圖。3 p& v+ O7 k( B$ x
% g5 y9 m- T4 A7 R$ n案例研究
0 s: @% c2 \* U2 V7 w p為了展示Meta Studio的功能,讓我們來看三個使用該軟件創(chuàng)建的超表面設(shè)計(jì)案例。
% a4 E7 h) u" {+ ~8 a1. 雙曲相位透鏡
_# a' `: A; g/ r; ?) q) n設(shè)計(jì)了一個具有以下參數(shù)的雙曲相位透鏡:
; U" J3 x0 }+ k$ }, b波長:633 nm超表面直徑:30λ焦距:10λ超原子周期:320 nm4級離散相位控制0 ^4 ~; Z1 l; \
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5 u- D1 T$ l# c: a4 O: D圖5:雙曲相位透鏡的器件版圖和聚焦示意圖。3 J+ ^3 `" ]- e$ |$ N8 N
* q* z$ R( F% l* ^設(shè)計(jì)過程包括相位設(shè)計(jì)、超原子結(jié)構(gòu)優(yōu)化和GDS文件導(dǎo)出。結(jié)果使用Ansys FDTD仿真進(jìn)行驗(yàn)證,顯示Meta Studio的預(yù)測與全波仿真結(jié)果高度一致。+ A$ |1 m$ `/ h! ?. \/ |
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圖6:雙曲相位透鏡的Meta Studio結(jié)果與FDTD仿真的對比。. |6 ?1 B8 |( h! ~- L
2 g5 r/ B4 M2 O/ E$ X
2. 無衍射錐透鏡# J- q0 e7 q x: ^. d! |: E( t
創(chuàng)建了一個具有以下規(guī)格的無衍射錐透鏡:: i8 F2 h8 n2 M2 U0 f2 A
波長:633 nm超表面直徑:30λ錐角:45°超原子周期:320 nm4級離散相位控制
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圖7:無衍射錐透鏡的器件版圖和聚焦示意圖。 c% G- t- m- {5 ^. x3 z
( z7 N3 y) K# M K- R設(shè)計(jì)過程與雙曲透鏡類似,包括相位設(shè)計(jì)、超原子優(yōu)化和GDS導(dǎo)出。FDTD仿真再次確認(rèn)了Meta Studio結(jié)果的準(zhǔn)確性。
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圖8:無衍射錐透鏡的Meta Studio結(jié)果與FDTD仿真的對比。
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( I' y, h& R0 h8 E1 ^: Q3. 準(zhǔn)直器' f3 X: G% f' N( S2 d4 U* @% I- {. s
設(shè)計(jì)了一個具有以下參數(shù)的超表面準(zhǔn)直器:2 D" Q: E+ A& k6 b; x4 H- f% s6 f. j( d$ i
波長:905 nm超表面直徑:28λ出射角:13°光源位置:-175 μm(透鏡位于0處)超原子周期:450 nm4級離散相位控制5 q* d( E+ @7 V6 \* _# ^
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$ `& C% ^; l5 Q+ u( h2 N. H圖9:超表面準(zhǔn)直器的器件版圖和準(zhǔn)直示意圖。. Z$ K8 z" e3 U; J+ j; R2 Q
& @3 }4 z5 S$ q( x: V3 x準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)展示了Meta Studio處理更復(fù)雜光學(xué)功能的能力。使用點(diǎn)光源的FDTD仿真驗(yàn)證了結(jié)果,展示了出色的準(zhǔn)直性能。# I- E% i" s/ F$ X, D1 I2 j
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. C$ W. A+ h) W. l7 }! u$ j5 \圖10:Meta Studio和FDTD仿真得到的準(zhǔn)直波前相位對比。
. a7 a/ E8 e) }( y$ j3 H' N2 Z5 v1 Q5 o) \8 _
結(jié)論- `9 ?* p& H P' w
Meta Studio為超表面器件的設(shè)計(jì)、仿真和版圖生成提供了強(qiáng)大且用戶友好的平臺。通過集成先進(jìn)算法、物理模型和優(yōu)化技術(shù),使研究人員和工程師能夠高效地創(chuàng)建復(fù)雜的超透鏡設(shè)計(jì)。; R5 M8 t) L; y7 s: j
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所展示的案例研究證明了Meta Studio在各種超表面應(yīng)用中的多功能性和準(zhǔn)確性。從簡單的聚焦透鏡到復(fù)雜的無衍射光束和準(zhǔn)直器,該軟件提供了與嚴(yán)格的全波仿真高度一致的可靠結(jié)果。/ A9 o. F1 v# }* G8 ] h6 t
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隨著超表面領(lǐng)域的不斷進(jìn)步,Meta Studio在加速創(chuàng)新和縮小理論概念與實(shí)際實(shí)現(xiàn)之間的差距方面將發(fā)揮重要作用。無論您是在研究成像系統(tǒng)、光束整形還是新型光學(xué)器件,Meta Studio都提供了全面的解決方案,以簡化您的超表面設(shè)計(jì)工作流程。
; ~5 S1 V% N7 _0 T5 z0 a- B1 | U* ?* L7 X! C: {, B; ?
我們誠摯歡迎您申請?jiān)囉肕eta Studio軟件,我們期待聽到您的意見和建議,以確保Meta Studio能夠更好地滿足超表面設(shè)計(jì)社群的需求。無論您是經(jīng)驗(yàn)豐富的研究人員還是剛剛接觸這一領(lǐng)域的新手,您的觀點(diǎn)都將對我們的開發(fā)過程產(chǎn)生重要影響。請通過我們的官方網(wǎng)站或聯(lián)系我們的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)來申請?jiān)囉冒姹,讓我們攜手推動超表面技術(shù)的發(fā)展。: {1 l+ L$ Y1 E! e1 ?2 _! y9 y
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軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用,PIC Studio都可提升您的工作效能。; I! g: Y5 q' r6 R
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: i; S C2 |* E! N0 e( u深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。( b! z% l: S7 p; o% w1 J6 n( U
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