本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于提供自動(dòng)化超透鏡設(shè)計(jì)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)系統(tǒng)可以包括用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行重定向或重新聚焦的透鏡。用于超表面(metasurface)的相對(duì)平坦的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及成熟的半導(dǎo)體制造技術(shù)使得超表面成為廣泛應(yīng)用的理想選擇，包括透鏡設(shè)計(jì)(例如，用于以透射或反射模式進(jìn)行操作的光學(xué)系統(tǒng))。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文描述了用于設(shè)計(jì)超透鏡的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于設(shè)計(jì)超透鏡的方法包括接收對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的描述。光學(xué)系統(tǒng)的描述指示(i)光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡的特性、(ii)第一透鏡中要使用的超原子、以及(iii)與第一透鏡相距的第一距離。該方法還包括接收對(duì)光信號(hào)的描述，光信號(hào)的描述描述(i)到光學(xué)系統(tǒng)的入射光信號(hào)和(ii)光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)光信號(hào)，并且至少部分地基于第一透鏡的特性、超原子和第一距離來(lái)確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局。該方法還包括至少部分地基于入射光信號(hào)和多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第一輸出光信號(hào)，并且基于第一輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異是否滿足閾值來(lái)使用第一布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

2、該方法可以包括，基于第一輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異不滿足閾值，至少部分地基于第一透鏡的特性、超原子、第一距離和第一布局來(lái)確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第二布局。該方法還可以包括利用入射光信號(hào)以及利用多個(gè)超原子在第一透鏡上的第二布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第二輸出光信號(hào)，并且基于第二輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異是否滿足閾值來(lái)使用第二布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

3、光學(xué)系統(tǒng)的描述可以指示光學(xué)系統(tǒng)中的第二透鏡的特性和與第二透鏡相距的第二距離。第一距離可以位于光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡與第二透鏡之間，并且確定第一布局可以基于第二透鏡的特性和第二距離。

4、確定第一布局可以包括針對(duì)第一透鏡上的多個(gè)超原子中的每一者確定幾何設(shè)計(jì)參數(shù)。

5、第一布局可以基于針對(duì)多個(gè)超原子中的每一者的不同入射角。

6、第一布局可以基于光信號(hào)的偏振和多個(gè)超原子中的每一者對(duì)偏振的響應(yīng)。

7、第一輸出光信號(hào)可以至少部分地基于在與第一透鏡相距的第一距離內(nèi)的空間的吸收邊界條件。

8、差異可以包括第一輸出光信號(hào)的強(qiáng)度分布與按縮放因子縮放的目標(biāo)光信號(hào)的強(qiáng)度分布之間的差異。

9、差異可以基于第一輸出光信號(hào)的相位和目標(biāo)光信號(hào)的相位。

10、根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器和通信地耦合到存儲(chǔ)器的處理器。處理器接收(i)光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡的特性、(ii)第一透鏡中要使用的超原子、以及(iii)與第一透鏡相距的第一距離，并接收(i)到光學(xué)系統(tǒng)的入射光信號(hào)以及(ii)光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)光信號(hào)的描述。處理器還至少部分地基于第一透鏡的特性、超原子和第一距離來(lái)確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局，并且至少部分地基于入射光信號(hào)和多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第一輸出光信號(hào)。處理器還基于第一輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異是否滿足閾值來(lái)使用第一布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

11、處理器可以基于第一輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異不滿足閾值，至少部分地基于第一透鏡的特性、超原子、第一距離和第一布局來(lái)確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第二布局。處理器還可以利用入射光信號(hào)以及利用多個(gè)超原子在第一透鏡上的第二布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第二輸出光信號(hào)，并且基于第二輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異是否滿足閾值來(lái)使用第二布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

12、處理器可以接收光學(xué)系統(tǒng)中的第二透鏡的特性和與第二透鏡相距的第二距離。第一距離可以位于光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡與第二透鏡之間。確定第一布局可以基于第二透鏡的特性和第二距離。

13、確定第一布局可以包括針對(duì)第一透鏡上的多個(gè)超原子中的每一者確定幾何設(shè)計(jì)參數(shù)。

14、第一布局可以基于針對(duì)多個(gè)超原子中的每一者的不同入射角。

15、第一布局可以基于光信號(hào)的偏振和多個(gè)超原子中的每一者對(duì)偏振的響應(yīng)。

16、第一輸出光信號(hào)可以至少部分地基于與第一透鏡相距的第一距離內(nèi)的空間的吸收邊界條件。

17、差異可以包括第一輸出光信號(hào)的強(qiáng)度分布與按縮放因子縮放的目標(biāo)光信號(hào)的強(qiáng)度分布之間的差異。

18、差異可以基于第一輸出光信號(hào)的相位和目標(biāo)光信號(hào)的相位。

19、根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)用于設(shè)計(jì)超透鏡的指令，該指令當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)使處理器接收(i)光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡的特性、(ii)第一透鏡中要使用的超原子、以及(iii)與第一透鏡相距的第一距離，并接收(i)到光學(xué)系統(tǒng)的入射光信號(hào)和(ii)光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)光信號(hào)的描述。處理器還至少部分地基于第一透鏡的特性、超原子和第一距離來(lái)確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局，至少部分地基于入射光信號(hào)和多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第一輸出光信號(hào)，并且基于第一輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異是否滿足閾值來(lái)使用第一布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

20、處理器可以基于第一輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異不滿足閾值，至少部分地基于第一透鏡的特性、超原子、第一距離和第一布局來(lái)確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第二布局，利用入射光信號(hào)以及利用多個(gè)超原子在第一透鏡上的第二布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第二輸出光信號(hào)，并且基于第二輸出光信號(hào)與目標(biāo)光信號(hào)之間的差異是否滿足閾值來(lái)使用第二布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

技術(shù)特征：

1.一種用于設(shè)計(jì)超透鏡的方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述第一布局包括針對(duì)所述第一透鏡上的所述多個(gè)超原子中的每一者確定幾何設(shè)計(jì)參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一布局還基于針對(duì)所述多個(gè)超原子中的每一者的不同入射角。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一布局還基于所述光信號(hào)的偏振和所述多個(gè)超原子中的每一者對(duì)所述偏振的響應(yīng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一輸出光信號(hào)至少部分地基于在與所述第一透鏡相距的所述第一距離內(nèi)的空間的吸收邊界條件。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述差異包括所述第一輸出光信號(hào)的強(qiáng)度分布與按縮放因子縮放的所述目標(biāo)光信號(hào)的強(qiáng)度分布之間的差異。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述差異還基于所述第一輸出光信號(hào)的相位和所述目標(biāo)光信號(hào)的相位。

10.一種用于設(shè)計(jì)超透鏡的系統(tǒng)，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為：

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還被配置為接收所述光學(xué)系統(tǒng)中的第二透鏡的特性和與所述第二透鏡相距的第二距離，其中所述第一距離在所述光學(xué)系統(tǒng)中的所述第一透鏡與所述第二透鏡之間，并且其中確定所述第一布局還基于所述第二透鏡的特性和所述第二距離。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中確定所述第一布局包括針對(duì)所述第一透鏡上的所述多個(gè)超原子中的每一者確定幾何設(shè)計(jì)參數(shù)。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一布局還基于針對(duì)所述多個(gè)超原子中的每一者的不同入射角。

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一布局還基于所述光信號(hào)的偏振和所述多個(gè)超原子中的每一者對(duì)所述偏振的響應(yīng)。

16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一輸出光信號(hào)至少部分地基于在與所述第一透鏡相距的所述第一距離內(nèi)的空間的吸收邊界條件。

17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述差異包括所述第一輸出光信號(hào)的強(qiáng)度分布與按縮放因子縮放的所述目標(biāo)光信號(hào)的強(qiáng)度分布之間的差異。

18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述差異還基于所述第一輸出光信號(hào)的相位和所述目標(biāo)光信號(hào)的相位。

19.一種存儲(chǔ)用于設(shè)計(jì)超透鏡的指令的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)使所述處理器：

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令當(dāng)由所述處理器執(zhí)行時(shí)還使所述處理器：

技術(shù)總結(jié)
一種用于設(shè)計(jì)超透鏡的方法包括接收對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的描述，該描述包括(i)光學(xué)系統(tǒng)中的第一透鏡中要使用的超原子和(ii)與第一透鏡相距的第一距離，接收對(duì)光信號(hào)的描述，包括(i)到光學(xué)系統(tǒng)的入射光信號(hào)和(ii)光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)光信號(hào)，并確定多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局。該方法還包括至少部分地基于入射光信號(hào)和多個(gè)超原子在第一透鏡上的第一布局來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)的第一輸出光信號(hào)，并使用第一布局設(shè)置第一透鏡的設(shè)計(jì)。

技術(shù)研發(fā)人員：J·博斯,R·斯卡莫齊諾,M·巴爾,E·K·赫勒,許成林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新思科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6