分野別の課題
SOLUTION CASE
Lumerical-Ansys Zemax OpticStudio連携によるメタレンズの設計解析手法
メタレンズとは
メタレンズは平板にナノサイズのセルをパターン配置した構造のレンズです。ナノセルの構造により光の位相シフト量を制御し、光を集光させることができます。メタレンズは平板であるため、小型化が容易であるという利点があります。
また、従来型のレンズとは異なる動作原理を持っているため、従来にない波長制御・位相制御・偏光制御も原理上可能となります。
一方で、メタレンズはナノ・マイクロ構造の光学特性を設計する必要があるため、従来のように結像光学解析ツール単体で設計を行うことはできません。Lumerical FDTDのような厳密な電磁場光学解析ツールが必要となります。
Fig1.円柱形状のナノセル構造
Fig2.異なる設計パラメータでのナノセル構造の解析例
Lumericalによるメタレンズの設計解析方法
メタレンズの設計解析では、まずナノセル構造の位相特性をLumerical FDTDで解析します。設計パラメータによるスイープ解析を行い、各設計パラメータでのナノセルによる位相シフト量を算出しておきます。
次に、設計波長や焦点位置から理論的に導かれるレンズ面での理想的な位相分布に対して、先に求めたナノセル構造の位相特性を適用することでレンズ上でのナノセル構造の適切な配置を求めます。この操作にはスクリプト言語によるポスト処理が不可欠です。
Lumericalは操作性や自由度の高い独自のスクリプト言語により高度なマクロを作成することが可能であり、効率的なシミュレーション環境を構築できます。
また、LumericalではZemax Optic Studio(:Zemax OS)との連携機能を有しています。Lumericalで計算されたメタレンズからの透過光波面をエクスポートすることでZemax OSでの伝搬解析や結像評価等が可能となります。
Fig3.Zemax Optic Studioでのメタレンズ解析例
Fig4.Lumericalでのメタレンズ解析例
Fig5.メタレンズ構造
資料サンプル
本資料をおすすめ
- メタレンズの設計/開発/評価をしている方
- メタサーフェスに興味のある方
- 幾何光学と電磁光学の連携解析に興味のある方
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