Whoscored中文官网 | 编译自 Electro Optics
图片来源：Pashabo/Shutterstock.com
超构透镜是采用元表面来聚焦光线的平面透镜。元表面本身是像光学天线一样工作的结构，它可以操纵光与表面的互动方式。
元表面的发展为创造新型的光学元件提供了机会，这些元件具有新的和令人兴奋的应用，从医学传感到成像和消费电子，如智能手机和AR/VR系统。据市场情报公司ResearchAndMarkets.com称，超构材料市场是一个快速发展的领域，在未来10年内可能会成为一个数十亿美元的市场。该公司的最新报告《2033年全球超构材料和超构表面市场》预测，在自动驾驶汽车的雷达和激光雷达、电信天线、6G网络、涂层、减震、无线充电、防噪音等等方面可能会取得进展。
对于光学设计工程师、研发工程师、科学家、半导fabs厂、研究机构和其他对超构透镜技术感兴趣的组织来说，这是一个充满可能性的世界。它们有可能帮助实现最重要的光学产品最小化，用薄而平的表面取代体积较大的弧形镜片，并比更传统的镜片提高光学稳定性和聚焦质量。该报告还指出，它们是下一代紧凑型成像、传感和显示应用的一项关键技术。它们的另一个优势是能够在一个单一的光学器件中进行相当复杂的波前工程，这对一系列的应用具有很大的吸引力。
挑战
但它们并不是没有挑战的。Synopsys公司的科学家Rob Scarmozzino解释说。"设计超构透镜系统通常需要深厚的物理学知识和大量的设计经验。此外，要满足多种规格，包括消色差、大视场和偏振行为，仅用一个超构透镜来实现是很有挑战性的。这些规格可以通过多个超构透镜或传统透镜/超构透镜的混合系统来实现，但这使得采用传统方法进行设计变得非常困难，因为这种方法依赖于你知道每个透镜的必要相位曲线；此外，后一种混合系统过度限制了设计，可能会导致不太理想的性能。"
为了帮助这些设计人员克服设计超构透镜有关的挑战，Synopsys公司投资开发了一种新颖的超构透镜设计方法，消除了这项技术的传统障碍。这项被称为MetaOptic Designer的全自动技术可以极大地简化超构透镜设计的复杂性。Scarmozzino说："只需最低限度的投入，各级设计人员都能快速、轻松地创建新颖的超构透镜设计。"
解决方案
MetaOptic Designer工具的关键设计功能包括它能够同时考虑多个设计目标，包括在由多个超构表面和传统透镜组成的混合光学系统中的不同发射/目标场和性能指标。Scarmozzino解释说。"仿真是基于场的，而不是基于射线的，并通过我们独特的参数化、双向散射分布函数（BSDF）数据库技术，纳入严格的耦合波分析（RCWA）和/或超构原子的FDTD建模。优化后的设计可以在不同的条件下迅速重新评估，允许进行公差研究。最终设计的GDS是自动生成的，用于制造。"
该公司当然拥有开发这样一个雄心勃勃的解决方案的专业知识，自1986年以来，他们一直是那些开发电子产品、软件应用等公司的 "从硅到软件 "的合作伙伴。管理团队的成员具有广泛的全球背景，拥有几十年的半导体行业综合经验。
Synopsys公司开发的光学设计技术是为了最大限度地提高光学设计工程师、研发工程师、科学家和研究机构等的生产力。这反过来又帮助他们确保他们在结果方面有最好的质量，因此光学系统在性能、可制造性甚至成本方面都得到了优化。
当涉及到超构透镜时，该公司最近开发的新工具具有内置的工程智能，它允许所有专业水平的设计师快速和轻松地创建新颖的超构透镜设计。同时，高效的优化和仿真算法产生准确的结果，并通过严格的有限差分时域（FDTD）方法进行验证，强大的用户友好功能大大减少了设计到验证的周期。
Scarmozzino认为，随着技术的进步和MetaOptic Designer这种工具的推出，超构透镜的使用在未来可能会进一步增长，更多潜在的使用案例会出现。他说："该工具在产品制造之前可以探索新概念的灵活性有助于扩大超构透镜技术的潜在应用范围。随着这些技术的应用数量的增加，对设计者的竞争也将加剧。需要强大的设计工具来提高这些人的生产力，以便他们能够满足不断增长的市场需求。MetaOptic Designer只是AR/VR、手机摄像头、集成传感器等不断增长的应用空间所需的一项技术。它是一个更大的光学设计平台的一部分，该平台包括LightTools、Code V、RSoft DiffractMOD and RCWA、FullWave FDTD和其他光子学设计工具，这些工具一起，可以解决很多这样的设计需求。"
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