微細構造・メタサーフェス解析ソフトウェア PlanOpSim

PlanOpSimは(ベルギーにあるPlanOpSim社が開発した)メタサーフェスや回折光学素子などの微細構造を持つ光学素子の設計・開発用のソフトウェアです。GUIベースで簡単な操作が特徴でありながらユニットセルの解析から集光特性の解析まで一貫して行うことが可能です。また、光線追跡ソフトウェアとの連携機能やGDSファイルの出力機能が備わっており微細光学素子の設計から製造までをサポートします。

一般的にメタレンズ・メタサーフェスの設計では、ユニットセルの構造設計、デバイス設計、性能解析といった流れで設計・開発を行います。このような開発フローにおいて、デバイス設計はソフトウェアA、伝播解析はソフトウェアB、図面出力にはソフトウェアCなどと工程ごとにソフトウェアやリソースを使い分けてはいませんか？ソフトウェアごとに使用方法を覚えるのは開発コストの観点から有効とは言えません。PlanOpSimはナノ構造設計から製造用のレイアウトファイルの出力までを一貫して行うことができ、メタサーフェス・微細光学素子の設計・開発を促進します。

SaaS(Software as a Service)とオンプレミス(Dongleライセンス)の双方で使用可能です。
一般的にメタレンズ・メタサーフェスの解析には高スペックなハードウェアが必要となりますが、SaaS環境でご利用の場合には、お客様側でハードウェアを用意しなくてもクラウド上で解析環境を構築できます。

PlanOpSimはメタレンズ、メタサーフェス専用の設計解析ツールであり、そのために使いやすいGUI環境が整えられています。メタセルと呼ばれる構造の電磁場解析やスイープ解析の実行、その結果を活用した所望の特性のメタレンズの構造設計、さらに集光特性の確認やGDSファイル出力など、設計に関する全ての作業がGUI上で簡易に行えます。

設計したメタレンズ、メタサーフェスを製造するためのGDSファイルの生成にも対応しており、クリック１つで出力できます。またAnsys Zemax OpticStudioで光学設計するためのファイル(dll)生成や、設計ターゲットにZemaxのバイナリ2位相モデルを選択可能であるなど、幾何光学との連携環境も考えられています。

メタレンズは厚み数umで回折限界レベルの集光が可能なデバイスです。またその波長依存性は複数種類のメタ原子(meta cell)である程度制御できます。
PlanOpSimでは複数のメタ原子のスイープ解析を実施し、その中から適切な特性のメタ原子の条件を選定し、波長毎に求められる位相分布を設定することで、複数波長に対する設計条件に最も近いメタレンズの設計が可能です。
この事例では3種類の形状を利用して、波長による焦点位置シフト量を195umから130umに抑制するメタレンズが得られました。

メタ原子の形状に偏光依存性を持たせることで、異なる２つの偏光に対して異なる画像を出力するようなメタサーフェスが可能となります。PlanOpSimではこのようなFar Field(遠方分布)に対する設計も可能です。予め偏光依存性と位相条件を満たすメタ原子を選定しておき、条件を満たす位相分布は逆フーリエ変換法(IFTA)により求めることで、条件を満たすメタサーフェスを設計します。
下記の図は2x2mmで1m先に拡がり角18degで投影される偏光ホログラフィの例です。