Skip to article frontmatterSkip to article content
Site not loading correctly?

This may be due to an incorrect BASE_URL configuration. See the MyST Documentation for reference.

دفترچهٔ فصل ۵: تمرکز نمونه‌برداری‌شده و فاز هندسی

شناسه‌ها: ms-08-metalenses و ms-06-polarization. دو مدل صریحاً جدا داریم: طیف زاویه‌ای اسکالر همگن برای کانون خطی استوانه‌ای و جونز تحلیلی عنصر ناهمسانگرد ایده‌آل. میدان دهانهٔ کتابخانه‌ای از ضرایب تناوبی فصل ۵ تقریب موضعی می‌گیرد؛ فلزنس متناهی تمام‌موج نیست. جونز، شبیه‌سازی قطبش ریج TE نیست. بستهٔ کامل، وابستگی‌ها را حفظ می‌کند.

Python 3.12.1 NumPy 2.4.6 SciPy 1.18.1 Matplotlib 3.11.1
Aperture width 31.200000000000003 um; nominal line-focus distance 30.0 um

۱. فاز عدسی استوانه‌ای را استخراج و نمونه‌برداری کنید

در تابش عمودی، فاز تجمعی در (x,z)=(0,f)(x,z)=(0,f) با ϕ(x)=−kt[x2+f2−f]\phi(x)=-k_t[\sqrt{x^2+f^2}-f] یکسان می‌شود. حد پیرامحوری −ktx2/(2f)-k_tx^2/(2f) است؛ اینجا فاز اسکالر دقیق را می‌گیریم. دهانه یک‌بعدی و کانون خطی در yy است. میدان پیوسته، فاز نمونه‌شده در هر گام و میدان کتابخانه‌ای را بسازید. شبکهٔ ثابت آفست، RMS انتخاب را کمینه می‌کند؛ هیچ سنجهٔ کانون منتشرشده در انتخاب دخالت ندارد.

Loading...
All fixed-window integrals use the same physical +/- 1.0 um boundaries, with interpolated endpoints.
<Figure size 1375x500 with 2 Axes>

۲. کنترل انتشار اسکالر

FFT پنجرهٔ محاسباتی تناوبی فرض می‌کند. مطالعهٔ پنجره فاصلهٔ نمونه را ثابت نگه می‌دارد و مطالعهٔ شبکه پنجرهٔ فیزیکی را ثابت می‌کند. هر دو هر سه مدل دهانه را با همان سلول‌های انتخاب‌شده و دهانهٔ فیزیکی، فاصلهٔ کانون و ناحیهٔ انتگرال‌گیری ثابت بازسازی می‌کنند. حافظهٔ موقت تنظیم‌های مشترک را بازاستفاده می‌کند؛ محاسبهٔ ماکسول تازه‌ای انجام نمی‌شود.

همهٔ اوج‌ها از اوج اولیهٔ دهانهٔ پیوسته به‌عنوان مخرج ثابت مشترک استفاده می‌کنند. شدت خطی در پنجرهٔ ثابت میان همان انتهاهای فیزیکی با درون‌یابی انتگرال گرفته و بر عرض فیزیکی دهانه تقسیم می‌شود تا مقایسهٔ اسکالر به دامنه حساس باشد. تمرکز جداگانهٔ گزارش‌شده همان انتگرال را بر شدت خطی کلِ مدل مربوط تقسیم می‌کند. FWHM بنا به تعریف از نصف اوج خود هر پروفایل استفاده می‌کند. هیچ‌یک از این نسبت‌های اسکالر بازده فیزیکی توان متمرکزشده نیست.

جدول‌ها همهٔ پالایش‌ها را نگه می‌دارند و سپس آخرین جفت مستقل هر مدل را کنترل می‌کنند: تغییر پروفایل کانونی، تغییر نسبی FWHM، تغییر اوج، تغییر شدت خطی پنجرهٔ ثابت و تغییر تمرکز. حدها در کد برای این آزمایش آموزشی اعلام شده‌اند؛ عبور از آن‌ها از همین مشاهده‌پذیرها در پالایش‌های آزموده‌شده پشتیبانی می‌کند و حد پیوستهٔ دقیق یا فلزنس متناهی تمام‌موج را اثبات نمی‌کند. کنترل دامنه، دهانه یا ناحیهٔ بزرگ‌تر از پنجره، برون‌یابی، باند انتشار حل‌نشده یا کانون بدون عبورهای حل‌شدهٔ نصف بیشینه را رد می‌کند.

موج تخت همگن نمونه‌شده فاز انتشار دقیق دارد و بین‌های فوریهٔ منتشرشونده نرم میدان گسسته را حفظ می‌کنند. این آزمون‌های حدی مکمل پالایش مستقل دهانه‌ها هستند و جای آن را نمی‌گیرند.

Loading...
Loading...
Separate window/grid checks passed for continuous, sampled, and local-library apertures under the recorded demonstration tolerances.
Nominal focus: 30.0 um; sampled on-axis maximum: 29.75 um (finite-aperture focal shift is possible).
<Figure size 875x425 with 1 Axes>

۳. جونز و فاز هندسی

در پایهٔ ثابت آزمایشگاه eσ=(1,iσ)T/2\mathbf e_\sigma=(1,i\sigma)^T/\sqrt2 با σ=±1\sigma=\pm1 بگیرید:

J(θ)=R(θ) diag(tx,ty)R(−θ).J(\theta)=R(\theta)\,\mathrm{diag}(t_x,t_y)R(-\theta).

ضریب همان پایه (tx+ty)/2(t_x+t_y)/2 و تبدیل به e−σ\mathbf e_{-\sigma} برابر (tx−ty)e2iσθ/2(t_x-t_y)e^{2i\sigma\theta}/2 است. نیم‌موج tx=1,ty=−1t_x=1,t_y=-1 تبدیل کامل با فاز 2σθ2\sigma\theta می‌دهد.

برای تأخیرانداز بی‌اتلاف tx=eiδ/2,ty=e−iδ/2t_x=e^{i\delta/2},t_y=e^{-i\delta/2}، کسر تبدیل sin⁡2(δ/2)\sin^2(\delta/2) است. زاویهٔ چرخش دامنهٔ تبدیل بزرگ را تضمین نمی‌کند. جونز تحلیلی محیط مشترک دارد و پاسخ برداری ریج TE نیست.

<Figure size 1250x450 with 2 Axes>

۴. محدودیت مدل کنار سنجه

FWHM و سهم شدت خطی مدل در پنجرهٔ مشخص، سنجهٔ کانون خطی اسکالرند؛ بازده اندازه‌گیری یا تمام‌موج، انرژی محصور دوبعدی یا اثبات فلزنس ساخته‌شده نیستند. پاشندگی فیزیکی، ابیراهی خارج‌محور، تحمل ساخت، نشتی قطبش و بررسی ماکسول قطعهٔ متناهی توسعه می‌خواهند.

Saved wavefront-models.json; model checks passed.

تمرین: فاصلهٔ کانون و عرض دهانه را تغییر و کنترل شبکه و پنجره را تکرار کنید. بیشینهٔ گام فاز و نمونه‌برداری، فاز دقیق و پیرامحوری، و اثر شکل‌دهی دامنه بر اوج و عرض و لوب جانبی با مخرج مشخص را بررسی کنید. تأخیر جونز را تغییر و پوشش فاز را از دامنهٔ تبدیل جدا کنید.

مرجع: Arbabi و همکاران، کنترل فاز و قطبش. ابرسلول ریج، تمرکز اسکالر و جونز تحلیلی سطح شاهد متفاوت دارند و در گزارش باید مشخص بمانند.

References
  1. Arbabi, A., Horie, Y., Bagheri, M., & Faraon, A. (2015). Dielectric metasurfaces for complete control of phase and polarization with subwavelength spatial resolution and high transmission. Nature Nanotechnology, 10(11), 937–943. 10.1038/nnano.2015.186