衍射光學元件的案例
衍射光學元件光束整形、分束和擴散
衍射光學元件光整形
光學軟件VirtualLab可以用來設計和模擬用于激光光束整形的衍射光學元件。衍射光學工具箱使用強大的迭代傅里葉變換算法（IFTA）和參數優化可以用來優化：
? 衍射光學元件
? 衍射光束分束器
? 衍射擴散器
? 衍射和折射光束整形器
? 計算全息（CGH）
? 相位板
? 全息圖
被紅色和綠色激光照射的衍射線擴散器和環擴散器
衍射光學元件可以用包括聚焦透鏡，準直透鏡，光束擴展器和傅立葉透鏡來建模。光學模擬包括：
? 衍射
? 干涉
? 偏振
? 時間和空間相干度
? 強度
? 相位
? 像差
衍射光學元件可以用于各種光學系統來操縱激光，經典的應用包括：
? 材料處理
? 信息顯示
? 測量系統
? 自由空間通訊
? 汽車行業
? 軍事
? 光譜學
衍射光分束器產生的光斑 (由POG, Gera加工)
功能
衍射光學元件在您的激光系統中將會有以下功能：
? 控制衍射和干涉效應
? 客戶自定義激光光束分束后的每束光的功率
? 設計已確定特性的散射板
? 激光光束強度整形
? 使激光系統緊湊
? 產生任意的2D強度分布
? 使用IFTA快速優化成百上千個參數
一個衍射光分束器元件的一個周期的二元高度輪廓
衍射光分束器
衍射光束分束器可以將一束激光分成自定義數目的光束，每束光可以有自定義的功率和角度。光分束器一般和準直透鏡，聚焦透鏡，擴束器以及傅里葉透鏡一起使用。目標平面光束的尺寸一般由透鏡系統控制，而光束的位置和功率由衍射光束分束器控制。
展開 利用ZPL計算衍射光學元件（DOE）的表面輪廓
利用ZPL計算衍射光學元件（DOE）的表面輪廓
利用 ZPL 計算衍射光學元件（DOE）的表面輪廓
介紹
本文ZPL宏可用于計算旋轉對稱 Kinoform 透鏡表面（OpticStudio 中為 Binary2 面型）的相位（phase）以及矢高（Sag）。使用者需在運行宏前輸入半徑（Radius）每隔多長時間重復計算一次，之后宏會計算出每個半徑值對應的矢高并給出相應的衍射區域編號（Zone number）、步長（Step Size）、每個區域所在的位置半徑（Zone Radius）、每個區域內/外半徑矢高（Sag with inner/outer radius）。除此以外，該宏還會計算出每個區域的輪廓頻率（Profile Frequency，單位為waves/mm）作為生產難易的評估參數。
表面矢高的一般形式如下：
其中 C=1/R，R為半徑；K為圓錐系數；ρ 為徑向坐標；A2,4,6,8…為非球面系數。λ 為波長；N為透鏡折射率；C2,4,6,8…為相位系數。
步長（Step Height）計算公式如下：
衍射光學元件（DOE）表面輪廓如下，單位為弧度:
其中 R 為歸一化半徑。
典型的衍射光學元件輪廓如下：
輸入
輸入表面編號以及迭代半徑間隔就可以計算出表面矢高。如下圖所示：
輸出
宏會輸出區域編號（Zone number）、步長（Step Size）、每個區域所在的位置半徑（Zone Radius）、每個區域內/外半徑矢高（Sag with inner/outer radius）以及輪廓頻率（Profile Frequency）。
展開 衍射及微納光學系統的分析、設計與加工技術
課程大綱：
1.波動光學基礎
□ 雙光束干涉及楊氏干涉
□ 相干及非相干光源的傳播特性
□ 衍射光學與傅里葉變換
2.衍射元件概述
□ 衍射光學元件概念
□ 衍射光學元件優點
□ 光束分束、整形、擴散
□ 傅里葉變換
□ 角譜理論
□ 工作裝置類型
3.衍射光學元件理念及設計
□ 基本理念
□ 透鏡和衍射光學元件的作用
□ 分束、整形和擴散的實質
□ 衍射光學元件的特征尺寸
□ 衍射光學元件優化設計方法
4.IFTA簡介
□ 基本設計步驟
□ 光學系統結構——1f、2f、Fresnel、Far-field、角譜
□ 參數估算——周期和線寬的估算
□ 光學系統分辨率——不同結構的分辨率
□ 配置設計過程的優化評價函數
5.衍射元件設計案例
□ 衍射分束器參數選擇
□ 衍射分束器設計流程：規則和任意形狀
□ 衍射整形器參數選擇
□ 衍射整形器設計流程：1D和2D平頂型
□ 衍射擴散器參數選擇
□ 衍射擴散器設計流程：平頂型和任意圖案
6.光柵模擬分析
□ 構建stack
□ 調整模擬參數——精度因子和衍射級次
□ 近場分析、衍射效率分析、內部場分析
□ 2D光柵表面鍍膜分析
□ 3D表面具有減反結構的光柵分析
□ 光柵單元陣列及透鏡陣列的建模與分析
7.光柵概述
□ 2D和3D光柵,亞波長光柵,及二元光學元件
□ 標量衍射和傅里葉變換
□ 矢量衍射和傅里葉模態法
□ 納米光學元件的應用：抗反射、偏振控制、成像、傳感等
8.微納光學元件制作
□ 多階器件加工
□ 連續器件加工
□ 傳統套刻法
□ 激光直寫法
□ 納米光子器件制作概述
□ 衍射光學元件公差分析
9.答疑
展開 Ansys Zemax | 如何使用 Binary2 面型設計衍射光學元件
附件下載
聯系工作人員獲取附件
概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中建立衍射光學表面以及如何使用 Binary2（二元面2）模擬衍射光學元件。本文使用的示例文件請聯系工作人員下載。
Binary2 面型
Zemax LLC 感謝 Optics1 公司的 Robert E.Fischer 先生授權使用其著作《Optical System Design》中的圖表。
在 OpticStudio 中，許多表面除了可以定義折射光焦度以外，還可以定義衍射光焦度。衍射光焦度與材料折射率和表面矢高無關，但可以改變光的相位。有關建立衍射光學表面的詳細信息，見文章“OpticStudio 建模衍射光學表面”。
Binary2 中的衍射光焦度會在光學表面的截面上引入連續的相位變化：
其中系數 Ai 的單位為弧度。
由于相位變化在表面的截面上是連續的，因此 Binary2 面型模擬的是一個理想的二元衍射元件，其二元面的臺階尺寸趨近于無窮小或小于光的波長。
通常來講，Binary2 面型模擬衍射光學元件的環形衍射區 ( Diffraction Zones) 的尺寸與該區域到表面頂點的徑向距離有關，如下圖所示。OpticStudio 可以自動計算每個環形衍射區的徑向坐標使相鄰區域的相位差為 2π。
Binary2 面型在固定徑向坐標處所引入的附加相位與波長無關。與波長相關的光程由下式給出：
下圖布局圖所示為 Binary2 的色差：
Binary2 消色差單透鏡
Binary2 面型經常用來矯正色差。在一個簡單的單透鏡中，長波長光的焦距相比短波長的光更長，如下圖（a）。
展開 
衍射光學元件的產生及其結構數據的輸出
本案例計算從傳輸中得到的衍射光學元件的高度分布和結構數據的產生
關鍵詞：衍射光學，衍射光學元件，結構數據，GDSII，ASCII，位圖
所需工具箱：Diffractive Optics Toolbox Basic；Tutorial在試用版本中不可用。聯系LightTrans或者當地經銷商可申請一段全版本的試用。
相關Tutorials：DO.1; DO.2; DO.3; DO.4; DO.5; DO.7; LBS.1; LBS.2
建模任務
照射光束強度 衍射擴散器 產生的光圖樣強度
建模任務
2 擴散器參數：
—相位層：4
—像素尺寸：830*830nm
—口徑：1*1mm
—周期：664,83*664,83um
2 結構數據輸出為二進制格式
2 需要的高度分布計算
2 蝕刻掩模分解
2 蝕刻掩模輸出為位圖和GDSII文件
打開光學擴散器系統
2 上載文件
DO.008_Generation_of_DOE_Fabrication_Data_01.lpd.
2 文件在VL_Samples文件夾中
光學擴散器系統
2 點擊Go!按鈕開始模擬擴散器系統.
模擬結果
2 擴散器系統產生的光圖樣強度分布
傳輸器提取
2 雙擊光路徑圖中的Stored Transmission打開編輯對話框
傳輸器(transmission)提取
2 點擊Show按鈕顯示光路中的transmission.
展開 高麗大學研究團隊實現全球最高效率的AR·VR顯示用衍射光學元件
CINNO Research產業資訊，高麗大學研究團隊成功實現了具有全球最高效率、用于增強現實（AR）·虛擬現實（VR）顯示用的衍射光學元件。
根據韓媒Newsis報道，該研究成果于8月13日在國際權威學術期刊《Advanced Materials（先進材料）》上發表，影響因子為27.4。
來自高麗大學融合能源工程系的李承宇教授和化學與生物醫學工程系的方俊河教授領導的研究團隊，通過采用AR/VR顯示器中的傅里葉光學表面（Optical Fourier Surface, OFS）技術，實現了光的高衍射效率。
增強現實和虛擬現實（AR/VR）顯示具有廣泛的應用前景，不僅限于建筑、教育、游戲和國防領域，還深入滲透到我們的日常生活中。
傅里葉光學表面在可見光譜范圍內具有理論上的最大衍射效率，它是一種理想的正弦衍射光學元件，能夠最大限度地減少光損耗。然而，由于其在可見光波段的高吸收特性和低光學效率，傳統上難以直接應用于光學器件。高麗大學研究團隊率先突破了這些限制，率先開發出在整個可見光范圍內實現了理論上的最大衍射效率、實現光學特性改善的光學器件。（來源：高麗大學）
研究團隊所使用的傅里葉光學表面是該技術的核心。這種元件具有完美的正弦表面，能夠有效減少光學損耗。團隊還開發了一種創新技術，能夠在高折射率且對可見光透明的材料中快速形成OFS，從而在全球范圍內首次解決了現有OFS器件高光吸收和低衍射效率的難題。
采用研究團隊所開發的此項技術，OFS設備在運行時能夠將光損耗降至最低，并在整個可見光范圍內以最高的衍射效率運行。此外，通過引入可打印光學系統和納米壓印技術來制造傅里葉光學表面，研究團隊還實現了傳統方法難以企及的高工程良率。
為實現創新型光學元件應用，大量生產的傅里葉光學表面。
展開 Ansys Zemax | 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
在這篇文章中，我們簡要介紹了使用 OpticStudio 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）的過程。我們討論了相位面和局部光柵的概念。附件中還提供了一些有用的DLLs，以支持特殊的 DOE 或 metalens 設計方法。（聯系我們獲取文章附件）
本文討論了衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）的設計過程。主要目的是為剛接觸這個課題的設計者提供一個起點，看看 OpticStudio 有哪些方法可使用。
對包括 DOE/metalens 在內的系統進行模擬和設計總是很棘手，沒有通用的方法來處理所有情況。設計師需要根據具體情況決定其設計策略。許多情況下設計過程中需要兩種不同的光學理論/算法來分別處理光束在自由空間和微觀結構中的傳播[1-3]，而也有一些設計單純只使用光線追跡來實現。[4]
在這篇文章中，我們首先簡要介紹了一些可能的設計思路。有關自由空間和 DOE/metalens 中的相位面和傳播方法概念的更多細節將在后面討論。在最后一節，介紹了為特殊相位面設計定制的一些有用的 DLLs。
1. 設計思路
在這一節中，我們簡要地討論了一些經典的設計思路。
1.1 相位 -> 微結構 -> 實驗驗證
在這一過程中，用戶首先將 DOE/metalens 等效為其對應的相位面來在 OpticStudio 中用光線追跡的方法進行設計。然后根據得到的相位分布來設計微結構。圖1顯示了該過程的流程圖。該圖不包括設計的細節，例如，微結構可以是傳統閃耀光柵或現代超透鏡。根據微結構的類型，所需的設計和制造方法可能非常不同。
參考文獻[5]顯示了一個從給定的相位分布生成閃耀光柵的例子。它還討論了采用單點金剛石車削機的制造方式。
展開 VirtualLab運用：設計和優化衍射光束整形元件來生成矩形高帽
展示了可能的期望需求，設計，優化和一個能夠生成無散斑高帽的衍射光學元件(DOE)的相位透過率函數的分析。
2．模擬任務
DOE：
相位型衍射
光束整形器
直徑：2mmx2mm
形狀：圓形
相位級次：16
3.建模任務：入射光場
高斯準直激光光束的光束參數
?波長：632.8nm
?激光光束直徑（1/e2）：1mm
4.建模任務：期望輸出光場
期望輸出場的參數=設計目標圖樣（DTP）:
?FWHM-直徑：0.5mm
?邊緣寬度：50um
?效率：>95%
?信噪比（SNR）：>30dB
?雜散光：<5%
5.設計方案
?VirtualLab Fusion的衍射光學工具箱提供不同的輔助會話的編輯器來設計光操控元件-主要是衍射光學元件（DOEs）。
?對于當前案例，我們使用衍射光束整形器會話編輯器（Diffractive Beam Shaper session editor）。
6. 衍射光束整形器會話編輯器
?會話編輯幫助配置實際的設計和優化文檔。
?用戶必須輸入所需的信息
-入射場
-期望的輸出場=設計目標圖樣（DTP）
-系統參數
-制造條件
7.設計過程
設計和優化過程由兩步完成：
1.基于幾何光學進行一個初始的設計。
2.基于迭代傅里葉傳輸算法（IFTA）進行后續的優化。
8.系統模擬
?設計和優化后，IFTA文檔可以計算感興趣的優化函數。
?同時可以生成相應光路圖以用于整個系統的評估。
展開 高數值孔徑圖形圖案擴散器的設計與優化
案例385（2.0）
關鍵字：大角度設計，補償，枕形，桶形，畸變，強度衰減，信號場準備，衍射光學元件，損耗，期望光目標圖案，迭代傅里葉變換算法
1. 建模描述
設計擴散器以在遠場生成高數值孔徑光圖案
? 光源參數：
— 高斯光源波長：532nm
— 根據最終的衍射光學元件選擇合適的直徑
? 系統參數：
— 衍射元件到屏幕距離：z=0.5m
? 輸出場要求：
— 期望光圖案：1.0m×0.5m網格
— 光圖案期望分辨率：±0.5mm
（目標平面上相鄰衍射級次間的最小距離：?xTP=1mm（離軸））
— 目標圖案來源于文件
“Sc385_HighNA_DiffuserDesign_01_DesiredLightPattern.bmp”
? 衍射光學元件參數：
— 衍射元件的相位階數：4
2. 設計類型與步驟
遠場應用
優化衍射光學元件用以生成高數值孔徑角分布。
信息
衍射光學元件在波數域上生成一個角分布(kx，ky)。
設計步驟
A. 計算衍射光學元件的像素尺寸、周期和像元數。
B. 根據參數計算結果預先設置傅里葉迭代法優化文檔。
C. 根據靶面上期望的光強分布在波數域上生成一個具有預補償角的光分布，并作為設計目標圖形。可以類似的定義一個特定的優化范圍。
D. 傅里葉迭代法優化文件的最終設置(定義實際的設計目標圖案)。
A. 計算
1. 根據信號場沿x方向擴展的一個合理的初始值計算衍射光學元件的最小像素（特征）尺寸(此處xmax SF僅有0.75m):
將此值近似到一個可加工尺寸 (?x’DOE)以兼顧制造者加工過程中對于位置增加以及最小特征尺寸的加工能力。此處近似后，?x’DOE=320nm。
展開 高數值孔徑圖形圖案擴散器的設計與優化
案例385（2.0）
關鍵字：大角度設計，補償，枕形，桶形，畸變，強度衰減，信號場準備，衍射光學元件，損耗，期望光目標圖案，迭代傅里葉變換算法
1. 建模描述
設計擴散器以在遠場生成高數值孔徑光圖案
? 光源參數：
— 高斯光源波長：532nm
— 根據最終的衍射光學元件選擇合適的直徑
? 系統參數：
— 衍射元件到屏幕距離：z=0.5m
? 輸出場要求：
— 期望光圖案：1.0m×0.5m網格
— 光圖案期望分辨率：±0.5mm
（目標平面上相鄰衍射級次間的最小距離：?xTP=1mm（離軸））
— 目標圖案來源于文件
“Sc385_HighNA_DiffuserDesign_01_DesiredLightPattern.bmp”
? 衍射光學元件參數：
— 衍射元件的相位階數：4
2. 設計類型與步驟
遠場應用
優化衍射光學元件用以生成高數值孔徑角分布。
信息
衍射光學元件在波數域上生成一個角分布(kx，ky)。
設計步驟
A. 計算衍射光學元件的像素尺寸、周期和像元數。
B. 根據參數計算結果預先設置傅里葉迭代法優化文檔。
C. 根據靶面上期望的光強分布在波數域上生成一個具有預補償角的光分布，并作為設計目標圖形。可以類似的定義一個特定的優化范圍。
D. 傅里葉迭代法優化文件的最終設置(定義實際的設計目標圖案)。
A. 計算
1.
展開 【VirtualLab運用】高數值孔徑圖形圖案擴散器的設計與優化
案例385（2.0）
關鍵字：大角度設計，補償，枕形，桶形，畸變，強度衰減，信號場準備，衍射光學元件，損耗，期望光目標圖案，迭代傅里葉變換算法
1.建模描述
設計擴散器以在遠場生成高數值孔徑光圖案
?光源參數：
—高斯光源波長：532nm
—根據最終的衍射光學元件選擇合適的直徑
?系統參數：
—衍射元件到屏幕距離：z=0.5m
?輸出場要求：
—期望光圖案：1.0m×0.5m網格
—光圖案期望分辨率：±0.5mm
（目標平面上相鄰衍射級次間的最小距離：?xTP=1mm（離軸））
—目標圖案來源于文件
“Sc385_HighNA_DiffuserDesign_01_DesiredLightPattern.bmp”
?衍射光學元件參數：
—衍射元件的相位階數：4
2.設計類型與步驟
遠場應用
優化衍射光學元件用以生成高數值孔徑角分布。
信息
衍射光學元件在波數域上生成一個角分布(kx，ky)。
設計步驟
A.計算衍射光學元件的像素尺寸、周期和像元數。
B.根據參數計算結果預先設置傅里葉迭代法優化文檔。
C.根據靶面上期望的光強分布在波數域上生成一個具有預補償角的光分布，并作為設計目標圖形。可以類似的定義一個特定的優化范圍。
D.傅里葉迭代法優化文件的最終設置(定義實際的設計目標圖案)。
A. 計算
1.根據信號場沿x方向擴展的一個合理的初始值計算衍射光學元件的最小像素（特征）尺寸(此處xmax SF僅有0.75m):
將此值近似到一個可加工尺寸 (?x’DOE)以兼顧制造者加工過程中對于位置增加以及最小特征尺寸的加工能力。此處近似后，?x’DOE=320nm。
展開 
一期一會 | 詳解Ansys方案支持超透鏡和共封裝光學的技術發展
本專題將以 “一期一會” 的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。
光學和光子學的物理定律可用于對光的傳播進行建模。傳統的反射和折射光學（也稱為幾何光學）將光描述為可以被光學材料（如磨光玻璃、彩色磨砂塑料、人體皮膚、啞光白漆等）反射、折射、散射或吸收的光線。
與之不同的是，衍射光學將光描述為一種電磁波。當光波遇到尺寸與其波長相當的微觀結構（微光學元件）或開口時，就會發生光衍射。當光在這些尺寸只有數百納米的結構中發生衍射時，光束可以被聚焦、整形、重定向或分束。
什么是衍射光學元件？
通過衍射來控制光屬性的組件，被稱為衍射光學元件（DOE）。其中一些元件如今已經應用于光學領域，如衍射光柵，而其他新型元件被視為新一代光學透鏡（例如超表面和超透鏡）。
DOE可精確控制光波的相位、偏振和強度，因此具有極高的應用價值。另外，其比傳統折射光學元件更薄、更輕，從而可以減少光學系統的尺寸、重量和成本。
傳統的衍射光學元件
許多常見類型的DOE被用于調控光源，這些DOE包括衍射光柵、菲涅爾波帶片、衍射分光鏡、衍射光束整形器和衍射勻光器。
衍射光柵
衍射光柵是一種具有微小周期性結構的光學結構，其中，這些結構之間的距離與光波長一樣小（即在微米或納米范圍內）。這些結構可以將入射光重定向到多個空間方向，這些方向被稱為衍射級次。衍射光柵的應用十分廣泛，涵蓋光譜分析到增強現實（AR）眼鏡等技術。
展開 SJ5900光學型輪廓儀：衍射非球面精準測量新利器
衍射非球面是一種特殊形狀的光學元件，其曲率在不同方向上不均勻變化，與傳統的球面形狀不同，在衍射非球面上，光線通過非球面的表面時會發生衍射現象，這種衍射會使得光線的波前形狀被改變，從而實現特定的光學功能，提高成像質量和性能。
衍射非球面
衍射光學元件是以光的衍射效應為基本工作原理，通過表面微浮雕結構來調制入射波面，從而得到所希望的波面。為了實現更豐富的光學功能，增加光學設計自由度，通常把衍射元件的微結構疊加在非球面的基底上。
在光學設計軟件 CODE V 中，旋轉對稱衍射面表示為：
式中：n1、n2 分別是衍射面之前的介質折射率和衍射面之后的介質折射率；λ0為等效設計波長；c1、c2、c3 分別是衍射面2、4、6 次相位系數；HOR為衍射級次。從公式中可以看出，衍射面方程涵蓋了非球面基底以及衍射微結構特征，其光學設計含義如下圖所示。衍射光學元件是將連續折射 面形折疊為衍射結構，在達到相同光學性能的條件下，實現光學系統的小型化及輕量化。
衍射非球面廣泛應用于各個領域，包括光學鏡頭、顯微鏡、攝影鏡頭、激光光束整形、天文望遠鏡等，它們在科學研究、醫療診斷、工業檢測、通信傳輸等領域中發揮著重要作用。通過精確的光學設計和加工工藝，衍射非球面鏡片可以實現更廣闊的視場、更高的分辨率和更好的像差控制。
展開 光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結構仿真設計與加工技術（光柵、超表面、蛾眼結構的仿真與加工技術）2026/5/19-5/20
衍射光學元件設計與優化
3. 周期性微納結構的優化設計
4.超表面微納結構
下午
2. 衍射光學元件設計與優化
3. 周期性微納結構的優化設計
5. 微納加工工藝方案
6. 微納結構的表征
Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
附件下載
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本文討論了衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）的設計過程。主要目的是為剛接觸這個課題的設計者提供一個起點，看看OpticStudio有哪些方法可使用。
對包括DOE/metalens在內的系統進行模擬和設計總是很棘手，沒有通用的方法來處理所有情況。設計師需要根據具體情況決定其設計策略。許多情況下設計過程中需要兩種不同的光學理論/算法來分別處理光束在自由空間和微觀結構中的傳播，而也有一些設計單純只使用光線追跡來實現。
在這篇文章中，我們首先簡要介紹了一些可能的設計思路。有關自由空間和DOE/metalens中的相位面和傳播方法概念的更多細節將在后面討論。在最后一節，介紹了為特殊相位面設計定制的一些有用的DLLs。
1. 設計思路
在這一節中，我們簡要地討論了一些經典的設計思路。
1.1 相位 -> 微結構 -> 實驗驗證
在這一過程中，用戶首先將DOE/metalens等效為其對應的相位面來在OpticStudio中用光線追跡的方法進行設計。然后根據得到的相位分布來設計微結構。圖1顯示了該過程的流程圖。該圖不包括設計的細節，例如，微結構可以是傳統閃耀光柵或現代超透鏡。根據微結構的類型，所需的設計和制造方法可能非常不同。
參考文獻[5]顯示了一個從給定的相位分布生成閃耀光柵的例子。它還討論了采用單點金剛石車削機的制造方式。圖1所示的例子可以在附件 " phase profile example.zar "中找到。另外，參考文獻[3]顯示了如何使用Lumerical FDTD軟件為給定的相位分布設計metalens。
這種方法的缺點是，設計者可能無法檢查整個系統的性能。例如，沒有辦法檢查考慮所有衍射階數的真實點擴散函數（PSF）。
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