由NPCC辅助的雷利·索默菲尔德衍射积分设计的亚微米厚的微镜的二光子纳米光刻

科学领域:

• 光学和纳米光子学
• 在光学领域的人工智能.

背景情况:

• 平面衍射透镜是关键的光学元件,近期人工神经网络 (ANN) 和反向设计方法的进步.
• 之前的镜头设计方法只专注于优化最大强度或其衍生品,忽视了整体强度分布.

研究的目的:

• 提出和研究一种新的基于二维物理的ANN方法,用于设计具有不同焦距的微镜头.
• 使用负皮尔森相关系数 (NPCC) 作为一个优化函数,考虑焦平面上的整个2D强度分布.

主要方法:

• 开发了一种基于物理的二维 (2D) 人工神经网络 (ANN) 方法.
• 负皮尔森相关系数 (NPCC) 被用作优化函数来分析整个焦平面强度分布.
• 3D双光子纳米光刻法用于制造设计的微微镜片,其厚度为微微米.

主要成果:

• 设计和制造了具有不同焦距的微镜头,成功地实现了约35%的平均焦效率和约1微米的焦点大小.
• 一个19x19微镜头阵列与一个曲的聚焦平面被制造和集成到一个CMOS传感器.
• 在不连贯的白光照明下,使用集成的微镜头阵列实现了直接对象成像.

结论:

• 负皮尔森相关系数 (NPCC) 被证明是平面衍射镜片设计的高效优化函数.
• NPCC与ANN的整合显示了先进的衍射光学元件未来发展的巨大潜力.
• 这项研究为光学和纳米光子学中的功能衍射光学元件开辟了新的途径.