应用案例

菲涅尔透镜通过其独特的“同心环形阶梯”结构，将传统透镜的连续曲面分解为多个“环形小透镜”（每个环作为一个独立的折射面），从而大幅减小透镜的厚度与质量，同时保持与传统凸透镜相当的聚光／成像能力。这种“薄而轻”的设计使其在灯塔照明、投影系统、太阳能聚光以及紧凑型成像装置中被广泛采用，尤其适用于对体积和成本敏感但仍需高效聚焦的应用场景。本案例使用 2D FDTD 仿真了一个菲涅尔透镜，展示其在特定条件下的聚焦特性与光学性能。

对更小、更快、更低功耗半导体器件的需求不断推动着光学光刻技术的进步。随着半导体器件尺寸的不断缩小，例如在45nm节点一些需要成像的特征小于所用的193nm光源波长的四分之一，需要使用交替相移掩模（APSM）来提高分辨率。这种尺度会导致严重的邻近效应，需要通过光刻仿真来了解这些效应，以便在掩模设计中将其考虑在内，从而实现可预测和可靠的工艺。本案例展示了如何在FDTD中使用交替相移掩模（APSM）对亚波长特征进行成像。

传统的曲面光学透镜对光线的调控依赖于沿着光路的相位积累，因此会受到自然材料折射率的限制。为了修正各种图像像差，通常需要多个透镜组合。然而多个光学透镜的组合会占用大量的空间，使得光学系统难以小型化。而超透镜通过电介质表面上的人造亚波长单元的排列组合来操纵入射光，使光束弯曲。只需要一个超透镜，就能实现与需要多个光学透镜的设备同样的性能。与传统光学透镜相比，超透镜体积小、重量轻、成本低、成像好以及更易集成等优点，为紧凑集成的光学系统提供了新的解决方案。本案例基于夏习成和姚赞的研究，介绍了如何使用FDTD进行超透镜的仿真，帮助读者实现光学系统的微型化。