什麼是金屬透鏡？
汽車外部照明的定義
超穎透鏡是光學技術的尖端創新，並非一般的曲面透鏡。超穎透鏡是利用超穎表面來聚焦光線的平面透鏡。
超穎透鏡與傳統曲面透鏡的不同之處在於其形狀和表面。傳統上，曲面透鏡的組合（例如相機中的透鏡）會操控光線射向接收器，例如感測器或眼睛。通常需要多個透鏡來校正各種影像像差。然而，一堆笨重的透鏡會佔用大量空間，這對於手機相機和擴增實境/虛擬實境 (AR/VR) 系統等緊湊型系統來說是一個考量因素。
圖 1. 傳統曲面透鏡光線追蹤（左）和超穎透鏡光線追蹤（右）
目錄
超穎透鏡如何運作？它們能解決哪些問題？
超穎透鏡通常由數百萬個次波長單元（稱為超穎原子）組成，這些超穎原子可在整個超穎表面上局部且同調地調變光線。每個超穎原子的形狀和/或尺寸是根據超穎透鏡的整體性能局部確定的。
次波長奈米原子可以延遲光的相位，當它們適當地排列在表面上時，超穎透鏡可以產生與經典曲面透鏡相同的所需相位分佈。成熟的微影技術支援圖案化佈局的大規模生產。
超穎透鏡將是實現下一代緊湊型成像、感測和顯示應用的關鍵技術。它們還可以在單一光學元件中執行複雜的波前工程，這對於一系列應用而言極具吸引力。
超穎透鏡的物理特性（薄、平坦、輕量）使其具有極大的優勢，尤其是在空間和重量方面。它們可以透過用薄而平坦的表面取代笨重的曲面透鏡來縮小光學產品的尺寸，同時提高光學穩定性和對焦品質，優於傳統透鏡 — 請參閱參考文獻 [1]。
它們易於製造、具成本效益，並且更容易與其他技術整合。例如，憑藉卓越的光操縱能力（如偏振），超穎透鏡可增強成像效果，潛在地為光學設計帶來新的功能。
圖 2. 用於戶外成像應用的近紅外寬視場惠更斯超穎透鏡，顯示（從左到右）物體、光圈、超穎透鏡和影像
您如何開發和建模超穎透鏡？
設計一個具有數百萬個變數的超穎透鏡是一項獨特的挑戰性任務。您必須滿足多項規格，包括消色差性、大視場和偏振行為，且僅使用少量元件。正如 Federico Capasso 教授團隊在參考文獻 [1] 中所解釋的，超穎透鏡設計傳統上是手動的，需要豐富的設計經驗和對基礎物理學的深入理解。
要設計超穎透鏡，使用者需要指定光學系統中的透鏡組及其參數，以及所需的目標圖案和焦距。
在傳統的手動設計方法中，需要對物理學有深入的理解和豐富的設計經驗。對於半自動多領域方法，仍然需要大量的超穎透鏡佈局手動工作。
現在，有一款具有逆向設計功能的完全自動化工具，各級專業設計師都可以使用它快速輕鬆地創建新穎的超穎透鏡設計。MetaOptic Designer 工具的關鍵設計啟用功能可同時優化多個設計目標，包括不同的發射和目標場以及性能指標。
該工具支援將超穎表面與傳統透鏡結合的混合光學系統。高效的優化和模擬演算法可產生準確的結果，並透過嚴謹的有限差分時域 (FDTD) 方法進行驗證，其強大且使用者友善的功能顯著縮短了從設計到驗證的週期。[1]
圖 3. 消色差超穎透鏡
圖 4. 廣角超穎透鏡
圖 5. 手性全像圖，顯示輸入（左）、所需（中）和輸出（右）
圖 6. 射線式設計起點（左）；MetaOptic Designer 分析與進一步最佳化（中）；RSoft FullWAVE FDTD 驗證最終設計（右）[3]
Keysight 為超穎透鏡設計提供哪些解決方案？
Keysight 透過不同的設計工具，推動這波光學技術創新浪潮。
MetaOptic Designer 是一款前所未有的逆向設計工具，可根據使用者指定的標準，產生超穎透鏡/超穎表面，以達到最佳設計性能。其結果透過嚴謹的 有限差分時域 (FDTD) 方法進行驗證，以確保結果準確無誤。此外，MetaOptic Designer 強大且易於使用的介面，可大幅縮短從設計到驗證的週期。MetaOptic Designer 及其獨特的 AI 功能，可加速從概念到製造的設計流程，提供頂級設計並模擬其在實際應用中的重要性。
CODE V 超穎光學模組為光學設計工程師提供熟悉的設計流程。CODE V 的設計流程類似於繞射光學元件的設計流程。這對於希望在設計中使用超穎透鏡的光學設計工程師來說，具有極大的優勢。
快速有效地產生最佳超穎透鏡設計
Keysight 正透過 MetaOptic Designer 支援這個創新世界，該工具提供高效的最佳化和模擬演算法，以協助快速產生超穎透鏡設計。
參考資料
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