利用平面器件取代空间的光学设计新思路

Reshef 等人提出了多层超表面空间板的概念,这种平面部件能够在物理厚度不变的情况下,模拟出比实际长度长得多的自由空间传播效果。O. Reshef 这篇发表在Nat. Commun.12, 3512 [2021]上的文章,详细介绍了一种可以用平面器件取代空间的光学设计新思路。 VirtualLab Fusion 这个光学软件提供了丰富的建模手段,让用户能把空间板的多层结构与自由空间传播等方法结合起来。利用这个平台,我们可以选择严格的S矩阵算法,既保证了精度,又能在速度上取得良好的平衡,从而完成整个系统的仿真。 为了让系统尽可能紧凑,很多现代光学设计都在努力减少元件的体积。手机摄像头就是一个典型例子,人们通常通过采用扁平元件来缩小镜头尺寸。不过光压缩成像元件还不够,解决元件之间的距离问题也是让系统变得更薄的关键。我们可以通过折叠系统的方式来实现多个传播步骤,但这并不是唯一的策略。 这次使用多层超表面制作空间板模型分层超材料,"空间板",让它可以模仿出自由空间中比自身实际厚度长得多的传播路径,同时保留原始光学系统的成像特性。这个本用例展示了分层介质元件的选项、设置和电磁场求解器。 NEWSLETTER 内容里还提到,在多层超表面空间板的模拟过程中,VirtualLab Fusion 提供了很多可互操作的建模技术。这种技术让我们可以针对空间板的多层结构进行高精度计算,并且把它和其他方法结合起来。