相位調(diào)控的案例
基于相位補(bǔ)償方法的天線增益提高
其中：1）相位提取結(jié)果為基于FEKO仿真計(jì)算的相位分布數(shù)據(jù)，利用插值算法，按照相位調(diào)控表面的尺寸以及單元的尺寸，提取調(diào)控單元處的相位分布；2）相位修正結(jié)果為依據(jù)已經(jīng)完成設(shè)計(jì)的相位調(diào)控單元的實(shí)際相位調(diào)節(jié)范圍，將待調(diào)控相位分布調(diào)整至可調(diào)控相位區(qū)間內(nèi)；3）單元尺寸計(jì)算結(jié)果為依據(jù)相位修正結(jié)果，參照單元相位-尺寸的關(guān)系曲線，依據(jù)插值擬合算法，計(jì)算相應(yīng)單元尺寸分布，并保存為.xls，為后續(xù)建模提供依據(jù)。
展開(kāi) 基于lumerical fdtd的六邊形狹縫生成斯格明子
圖3 光學(xué)斯格明子變形后的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布
Case3 把光源 2、3 相位均調(diào)為 π/2，斯格明子整體發(fā)生定向平移。
圖4 光學(xué)斯格明子位移后的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布
總結(jié)
本研究通過(guò)六邊形狹縫結(jié)構(gòu)結(jié)合光源相位調(diào)控，成功實(shí)現(xiàn)光學(xué)斯格明子的形貌形變與位置平移，驗(yàn)證了相位調(diào)控對(duì) SPP 場(chǎng)中光學(xué)斯格明子的動(dòng)態(tài)操控有效性。該成果可為磁信息存儲(chǔ)、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域的拓?fù)涔庾悠骷邪l(fā)，提供可靠的仿真支撐與技術(shù)參考。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
聲學(xué)超表面- 2015-PRA 基于聲學(xué)metasurface的異常折射
在往期帖子Metasurface- 2011 Science 基于metasurface的異常反射與折射中，我們已經(jīng)介紹了如何設(shè)計(jì)光學(xué)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的波前調(diào)控，而在程老師的這篇工作中，作者是通過(guò)設(shè)計(jì)亥姆霍茲共振腔（Helmholtz resonators, HR）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波相位的調(diào)控的：
如上圖所示，聲波沿x方向入射，該超表面結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)透射相位的任意調(diào)控。幾點(diǎn)點(diǎn)評(píng)：
1，該聲學(xué)超表面的厚度w，僅有λ0/2，每個(gè)單元的高度h僅有λ0/10，所以都算是非常亞波長(zhǎng)了。
2，由于單個(gè)HR對(duì)聲波相位的調(diào)控能力有限，為了實(shí)現(xiàn)0~2π范圍的調(diào)控，每個(gè)單元由四個(gè)HR組成。
3，而多個(gè)HR的引入，又會(huì)造成阻抗的失配，為了提高透射效率，作者又添加了一條高度h1的通道，在諧振波長(zhǎng)λ0入射下，w = λ0/2起到了FP腔的作用，實(shí)現(xiàn)了高透射。
我們假設(shè)入射聲波頻率1kHz，來(lái)確定上述尺寸參數(shù)。以h1為變量，我們可以得到透射率和透射相位的變化情況（原圖Fig.2b）：
上圖藍(lán)線為透射系數(shù)絕對(duì)值，表明當(dāng)h1/h >0.16以后，透射系數(shù)都很高接近0.9。而綠線為歸一化的透射相位Φ/2π，則表面可以實(shí)現(xiàn)2π范圍內(nèi)的相位調(diào)控。挑選不同的h1/h值，可以仿真得到均勻的相位梯度變化（原圖Fig.2c）：
有木有感覺(jué)和2011年metasurface鼻祖文章同一個(gè)套路？關(guān)于仿真細(xì)節(jié)，模數(shù)哥做些點(diǎn)評(píng)：
1，雖然超表面的尺寸比較小，但是此處僅探討原理，不考慮小結(jié)構(gòu)的粘滯損耗，所以我們無(wú)需選擇熱聲，只需要選擇Pressure Acoustics, Frequency Domain（acpr）進(jìn)行仿真。背景環(huán)境即為空氣，而超表面結(jié)構(gòu)由3D打印而成，密度和聲速文章均已給出。
展開(kāi) Lumerical FDTD設(shè)計(jì)超透鏡產(chǎn)生渦旋光束
其總相位，其中為方位角，為超表面單元的動(dòng)態(tài)相位(由TiO?納米柱尺寸調(diào)控)與幾何相位（由納米柱旋轉(zhuǎn)角產(chǎn)生PB相位2，=±1對(duì)應(yīng)左右圓偏振）的疊加。通過(guò)優(yōu)化納米柱高度h與占空比調(diào)節(jié)傳播相位差?，結(jié)合旋轉(zhuǎn)角實(shí)0-2相位覆蓋，滿(mǎn)足,從而生成攜帶OAM的渦旋光束。
渦旋超透鏡的相位公式：
從該公式可以知道，所謂的渦旋超透鏡實(shí)質(zhì)是在普通聚焦超透鏡的基礎(chǔ)上加載上渦旋相位即可得到渦旋超透鏡，這點(diǎn)與SLM的工作原理類(lèi)似，也就是普通光束經(jīng)過(guò)SLM調(diào)制后都可以得到相應(yīng)的高階光束。在MATLAB計(jì)算的渦旋出來(lái)的渦旋相位分布，滿(mǎn)足0到2相位分布。
展開(kāi) 
超表面重構(gòu)卡塞格林望遠(yuǎn)鏡 | 從傳統(tǒng)架構(gòu)到新型光學(xué)系統(tǒng)
該超表面單元基于幾何相位設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)從下至上依次為玻璃基板、金層、二氧化硅層以及頂部的金納米棒。通過(guò)精確調(diào)節(jié)金納米棒（長(zhǎng) 200 納米、寬 85 納米、高 30 納米，單元周期 300 納米）的旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)相位調(diào)控，所需相位剖面由幾何光學(xué)計(jì)算得出。
超表面卡塞格林望遠(yuǎn)鏡示意圖（來(lái)自原文）
在實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)，研究團(tuán)隊(duì)在光源后配置帶通濾波器以降低色差，并通過(guò)兩個(gè)透鏡將望遠(yuǎn)鏡所成像放大后投射至 CCD 上。實(shí)驗(yàn)選用玻璃基板上 100nm 厚金膜中的狹縫作為目標(biāo)物體，設(shè)置三張圖的中心距分別為 200 微米、150 微米和 100 微米。結(jié)果顯示，該超表面望遠(yuǎn)鏡能夠?qū)崿F(xiàn) 150 微米分辨率的成像，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性和有效性。
超表面單元結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)自原文）
研究成果的意義與展望
相較于傳統(tǒng)卡塞格林望遠(yuǎn)鏡，平面超透鏡的應(yīng)用極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了更多可能性。從經(jīng)典光學(xué)儀器到前沿超表面技術(shù)，此次研究體現(xiàn)了科技的持續(xù)碰撞與創(chuàng)新，也為未來(lái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的方向與思路，令人對(duì)后續(xù)的技術(shù)突破充滿(mǎn)期待。
A：實(shí)驗(yàn)裝置圖 B：狹縫示意圖 C~F：成像效果圖（來(lái)自原文）
OAS 光學(xué)軟件的超表面設(shè)計(jì)功能非常便捷，該功能將構(gòu)建更為高效、精準(zhǔn)的超表面設(shè)計(jì)流程，進(jìn)一步推動(dòng)光學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。OAS 光學(xué)軟件已在超表面設(shè)計(jì)中展現(xiàn)卓越效能，為科研人員和工程師提供技術(shù)保障。
展開(kāi) 超表面高階微分器助力光學(xué)計(jì)算突破
其中，圖像微分或邊緣檢測(cè)是通過(guò)提取圖像中亮度或相位的突變信息，成為識(shí)別物體輪廓、增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理依賴(lài)電子芯片計(jì)算，面臨算力瓶頸和高能耗問(wèn)題。相比之下，光學(xué)模擬計(jì)算憑借其并行處理、低功耗和瞬時(shí)響應(yīng)的天然優(yōu)勢(shì)，被視為下一代計(jì)算技術(shù)的突破口。
但傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)依賴(lài)笨重的透鏡和棱鏡，難以集成化；且現(xiàn)有光學(xué)微分器多局限于一階或二階微分，高階微分操作長(zhǎng)期面臨技術(shù)瓶頸。近期，一項(xiàng)發(fā)表于《Nature》的研究提出了一種基于超表面的高階光學(xué)微分器，不僅實(shí)現(xiàn)了五階微分，還將其應(yīng)用于光學(xué)超分辨率成像，分辨率突破瑞利極限，為半導(dǎo)體納米制造中的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)提供了全新工具。
高階微分器的設(shè)計(jì)原理
1.Pancharatnam-Berry（PB）相位超表面
PB相位超表面是一類(lèi)基于幾何相位調(diào)控的超表面。其單元結(jié)構(gòu)（如硅納米柱）類(lèi)似“半波片”，當(dāng)圓偏振光入射時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)納米柱的取向角，可在透射或反射光中引入附加相位。這種相位調(diào)制僅依賴(lài)于結(jié)構(gòu)取向，對(duì)波長(zhǎng)不敏感，因此具備寬波段工作潛力，是光學(xué)計(jì)算的理想載體。
2.從數(shù)學(xué)到光學(xué)：傅里葉變換的微分特性
根據(jù)傅里葉變換的微分性質(zhì)，對(duì)圖像進(jìn)行n階微分，等效于在頻域（傅里葉平面）將其頻譜乘以(ik) 。傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)在傅里葉平面放置空間濾波器（如光柵、相位板）實(shí)現(xiàn)這一操作，但高階微分需要復(fù)雜的濾波器設(shè)計(jì)，且難以集成。
3.超表面實(shí)現(xiàn)任意階微分
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通用設(shè)計(jì)方法：通過(guò)調(diào)控PB超表面的相位梯度φ(kx)，使其滿(mǎn)足sin(φ(kx))∝(ikx) 。當(dāng)輸入光場(chǎng)通過(guò)4f成像系統(tǒng)（由兩個(gè)透鏡組成的傅里葉變換系統(tǒng)）時(shí)，超表面位于傅里葉平面，對(duì)輸入圖像的頻譜進(jìn)行調(diào)制，最終在輸出端得到n階微分結(jié)果。
圖1 利用PB元表面進(jìn)行高階光學(xué)模擬微分運(yùn)算。
展開(kāi) 中科院聲學(xué)所張晗《EML》：可重構(gòu)手性雙螺旋復(fù)合水下吸聲超表面
聲波在螺旋單元的入口基于廣義Snell定律相位調(diào)控被完成吸收，在出口又由于聲阻抗失配被完全阻擋，實(shí)現(xiàn)近乎完美的寬頻吸聲。
圖2所示為螺旋吸聲器的模型。(a)將螺旋單元置于波導(dǎo)中;(b)螺旋裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（c）聲波在螺旋單元入口處的波傳輸行為反/折射示意圖。
螺旋長(zhǎng)度的影響
進(jìn)一步計(jì)算了單螺旋的代表性長(zhǎng)度參數(shù)的吸聲特性，通過(guò)增長(zhǎng)螺旋路徑的有效長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)寬范圍內(nèi)吸收區(qū)域的靈活降低。聲壓聲速分布圖表明螺旋單元在吸聲峰值頻率處，透射聲壓幾乎降低到零，達(dá)到完美吸聲。隨著螺旋長(zhǎng)度的增加，首個(gè)完美吸聲峰值的頻率從5.7kHz降低到3.1kHz，驗(yàn)證了螺旋單元吸聲頻率隨路徑長(zhǎng)度可調(diào)。聲壓在螺旋內(nèi)部的軌道和空心圓柱體的開(kāi)口處較高，其中最集中的區(qū)域位于螺旋路徑的入口，表明吸聲效果主要取決于螺旋路徑，而空心圓柱體起到輔助耦合的作用。
圖3為不同螺旋長(zhǎng)度對(duì)吸收系數(shù)的影響。(a)有限元計(jì)算模型示意圖;(b)長(zhǎng)度為455mm的螺旋單元在3.1 kHz、3.8 kHz和5.1 kHz處的聲壓和速度分布截面。顏色表示聲壓分布，白色線表示聲速分布;(c)-(f)螺旋長(zhǎng)度依次為336mm、366 mm、399 mm、455 mm的吸聲系數(shù)曲線。
螺旋路徑階數(shù)的影響
高階螺旋的路徑比上述單螺旋的路徑復(fù)雜，這不可避免地進(jìn)一步破壞結(jié)果對(duì)稱(chēng)性，增加聲波傳輸相位的復(fù)雜性，在結(jié)果上相當(dāng)于螺旋等效長(zhǎng)度增長(zhǎng)。進(jìn)一步，顯示了螺旋路徑階數(shù)升序?qū)ξ曁匦缘挠绊憽?/span>
展開(kāi) 力矢量控制器 漢航FAD-16
地面共振試驗(yàn)中，通常需要同時(shí)使用多個(gè)激振器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，各激振器所輸出的激振力為同一頻率而幅值相位不同。為實(shí)現(xiàn)上述功能，傳統(tǒng)的方式是使用多個(gè)信號(hào)源，通過(guò)多個(gè)功率放大器控制各激振器。這種方式要求數(shù)據(jù)采集設(shè)備的信號(hào)輸出通道數(shù)量不低于被控制激振器個(gè)數(shù)，并且對(duì)各輸出通道之間的同步性具有較高要求。此外，這種控制方式給整體調(diào)控和排線等具體操作帶來(lái)諸多不便。為解決以上問(wèn)題，漢航工程師根據(jù)多年的試驗(yàn)工程經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)了一種適用于GVT試驗(yàn)的更為便捷的多激振器控制方式--力矢量控制器漢航FAD-16。
使用力矢量控制器FAD-16，僅需一個(gè)信號(hào)輸出通道，即可對(duì)多個(gè)激振器進(jìn)行GVT試驗(yàn)所需的全部操作，既減少了所需的輸出通道數(shù)量，同時(shí)完美地解決了多個(gè)輸出通道間信號(hào)同步的問(wèn)題。通過(guò)力矢量控制器FAD-16對(duì)GVT試驗(yàn)中所有激振器進(jìn)行精確控制，極大的方便了工程師在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)激振力幅值和相位的統(tǒng)一調(diào)控，提高了試驗(yàn)效率。
展開(kāi) 淺談 光學(xué)天線。。
光學(xué)濾波，偏振選擇與相位操控：當(dāng)光學(xué)天線被制備成陣列，又有了諸多新奇而有趣的特性。前面說(shuō)過(guò)，在微波波段，有頻率選擇表面(Frequency
Selective Surface)和相控陣?yán)走_(dá)(Phased Array
Antenna)的概念。而在光頻段，同樣可以利用光學(xué)天線陣列實(shí)現(xiàn)光波的濾波，偏振選擇，以及相位操控。例如，最新一期的science封面文章，就是利用基于光學(xué)天線陣列(Nanoantenna
array)的光學(xué)超表面(Metasurface)，對(duì)平面圓偏振光各點(diǎn)的相位進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光波段的超薄平面式成像透鏡。可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的光學(xué)天線及其陣列，有望將傳統(tǒng)光學(xué)元件(濾光片，偏振片，成像透鏡等等)的諸多功能壓縮至光學(xué)薄膜的厚度上加以實(shí)現(xiàn)，也即平面光學(xué)元件(FlatOptics)。
目前光學(xué)天線是科研界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，研究角度與應(yīng)用場(chǎng)合也較為廣泛，各種基于光學(xué)天線的新研究領(lǐng)域?qū)映霾桓F。下面用一張圖概括光學(xué)天線：
展開(kāi) 五維智能感知——下一代光學(xué)的百年演進(jìn)
摘要
本報(bào)告系統(tǒng)研究了一種基于相位、光譜、偏振、時(shí)間、強(qiáng)度五維光場(chǎng)信息的像素級(jí)智能傳感架構(gòu)。報(bào)告從光學(xué)發(fā)展的四次躍遷出發(fā)，論證了五維傳感作為光學(xué)演進(jìn)下一階段的必然性；闡述了自由曲面、液體透鏡與超構(gòu)表面三類(lèi)光收集工具在波前調(diào)控與多維信息編碼中的協(xié)同機(jī)制。報(bào)告基于2025至2026年間國(guó)際學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的最新進(jìn)展，采用技術(shù)成熟度等級(jí)框架對(duì)高光譜成像、偏振成像、TOF成像及壓縮感知五維重建等關(guān)鍵技術(shù)的當(dāng)前階段進(jìn)行了統(tǒng)一標(biāo)定。
報(bào)告追溯了國(guó)外相位維度的產(chǎn)業(yè)化歷程。相位以最小的技術(shù)跨度和最確定的商業(yè)需求，率先完成了從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模商用的跨越。從豪威收購(gòu)CDM Optics獲得核心專(zhuān)利群，到意法半導(dǎo)體與諾基亞合作推出全焦手機(jī)相機(jī)模塊，再到蘋(píng)果通過(guò)專(zhuān)利和解間接獲得授權(quán)，相位編碼技術(shù)的授權(quán)鏈條完整覆蓋了從IP源頭到終端品牌的全球產(chǎn)業(yè)鏈。QPD技術(shù)進(jìn)一步衍生并在豪威全系列傳感器中實(shí)現(xiàn)100%覆蓋，索尼和三星相繼完成產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散。相位是最早完成芯片內(nèi)集成、最早實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋的感知維度，為多維信息融合奠定了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
報(bào)告進(jìn)一步梳理了相位、光譜、偏振、時(shí)間、強(qiáng)度五維光場(chǎng)信息在芯片內(nèi)的集成進(jìn)展，以及索尼、意法半導(dǎo)體、豪威科技等企業(yè)在偏振傳感、超構(gòu)光學(xué)、飛行時(shí)間測(cè)距等方向的量產(chǎn)狀況。在此基礎(chǔ)上，報(bào)告分析了人工智能對(duì)傳感器的賦能路徑——隨著像素內(nèi)卷積、神經(jīng)形態(tài)混合傳感等技術(shù)的興起，AI正從后端處理前移至傳感器內(nèi)部，使芯片從被動(dòng)的光信息采集者進(jìn)化為主動(dòng)的光信息理解者。
針對(duì)五維傳感成熟時(shí)間尺度這一核心命題，報(bào)告從技術(shù)融合復(fù)雜度、產(chǎn)業(yè)生態(tài)滯后與成本曲線剛性三個(gè)維度展開(kāi)論證，將時(shí)間判斷建立在可量化的產(chǎn)業(yè)演進(jìn)規(guī)律之上。報(bào)告新增國(guó)內(nèi)外差距分析章節(jié)，從光收集工具、偏振維度、光譜維度、相位維度四個(gè)層面系統(tǒng)對(duì)比了國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距。
報(bào)告認(rèn)為，五維智能傳感是下一個(gè)光學(xué)百年視覺(jué)傳感器的演進(jìn)方向。
展開(kāi) Lumerical案例 | 基于粒子群優(yōu)化的雙波段MIM濾波器引領(lǐng)高靈敏度檢測(cè)革新
然而，設(shè)計(jì)高性能MIM傳感器面臨諸多挑戰(zhàn)，如何最大化靈敏度、提升傳輸效率、降低光學(xué)損耗等，這需要對(duì)傳感器尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，優(yōu)化品質(zhì)因數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。
緊湊雙波段MIM濾波器的結(jié)構(gòu)解析
該論文提出的雙波段MIM濾波器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上獨(dú)具匠心，為高靈敏度傳感提供了硬件支撐。濾波器以銀為金屬材料，空氣為絕緣介質(zhì)，整體呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，沿中心線分布著兩個(gè)新型短截線（stub），每個(gè)短截線內(nèi)含兩個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的空氣孔洞，波導(dǎo)中間還設(shè)有一個(gè)小型垂直短截線，如圖1所示。
圖1 MIM濾波器的示意圖
這些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)并非隨意設(shè)置，而是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)。空氣孔洞能調(diào)節(jié)局部折射率，增強(qiáng)SPPs在金屬-介質(zhì)界面的模式限制與場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，優(yōu)化共振特性；同時(shí)，孔洞可調(diào)控相位匹配條件，實(shí)現(xiàn)截止波長(zhǎng)與通帶的精準(zhǔn)調(diào)諧，還能減少傳播損耗，提升耦合效率，使傳輸譜中的共振谷更清晰。短截線的角度（?）設(shè)計(jì)為135°，這一角度平衡了靈敏度與濾波效率——角度過(guò)小時(shí)通帶傳輸?shù)汀⒔刂箮p不完全；角度過(guò)大則共振谷變寬，光譜選擇性下降，135°時(shí)能實(shí)現(xiàn)通帶高傳輸與截止帶近零傳輸?shù)睦硐胄Ч?濾波器的關(guān)鍵尺寸參數(shù)對(duì)性能影響顯著。研究通過(guò)仿真系統(tǒng)分析了短截線寬度（W1）、長(zhǎng)度（L1）、L2/L3比例、孔洞直徑（d）等參數(shù)的影響：當(dāng)W1=60nm時(shí)，濾波器在1008nm和1348nm處實(shí)現(xiàn)尖銳截止，通帶傳輸效率最高；L1=160nm時(shí)，截止帶抑制效果最強(qiáng)，且短截線長(zhǎng)度與共振波長(zhǎng)呈反比關(guān)系；L2/L3=1.2時(shí)，截止波長(zhǎng)尖銳，傳輸效率最優(yōu)；孔洞直徑d=12.5nm時(shí)，共振波長(zhǎng)穩(wěn)定，傳輸率最佳。這些參數(shù)的初始值為后續(xù)優(yōu)化提供了重要參考。
粒子群優(yōu)化算法的精準(zhǔn)調(diào)控
為突破傳統(tǒng)優(yōu)化方法的瓶頸，本研究引入粒子群優(yōu)化（PSO）算法對(duì)濾波器尺寸進(jìn)行全局優(yōu)化。
展開(kāi) 
Zemax案例 | 光束整形技術(shù)及其應(yīng)用
圖1 伽利略型非球面透鏡組整形系統(tǒng)
圖2 實(shí)驗(yàn)裝置
（2）雙折射透鏡組
雙折射透鏡組利用晶體的偏振特性，通過(guò)相位差控制實(shí)現(xiàn)光束均勻化，其核心設(shè)計(jì)在于瓊斯矩陣的光學(xué)傳輸建模與曲率半徑優(yōu)化。楊向通等人[3]通過(guò)微調(diào)透鏡組角度，可將光束填充因子從66%提升至80%，而這一過(guò)程的仿真驗(yàn)證可通過(guò)Zemax高效完成：
仿真流程：基于論文瓊斯矩陣模型，定義雙折射晶體關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工具搭建模型、模擬偏振調(diào)控過(guò)程，優(yōu)化透鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)以滿(mǎn)足相位延遲要求。
仿真成果：可模擬雙折射透鏡組的偏振調(diào)控效果，生成光強(qiáng)透射率曲線，驗(yàn)證填充因子提升效果；同時(shí)通過(guò)公差分析功能，評(píng)估加工誤差對(duì)整形效果的影響，為工程化生產(chǎn)提供風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判。仿真圖（圖3）清晰展示偏振器、雙折射透鏡、空間濾波器的光路布局與光束傳輸特性。
圖3 雙折射透鏡整形系統(tǒng)
（3）衍射光學(xué)元件（DOE）
衍射光學(xué)元件利用光的波動(dòng)性實(shí)現(xiàn)相位與振幅調(diào)控，在小型化、集成化光學(xué)系統(tǒng)中不可或缺。其設(shè)計(jì)核心在于通過(guò)迭代算法優(yōu)化相位分布，避免局部最優(yōu)解。論文中提到的GS算法、混合遺傳迭代爬山算法等，均可在專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工具中實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用：
仿真流程：輸入入射與目標(biāo)輸出光場(chǎng)參數(shù)，依托論文相關(guān)傅里葉變換理論，通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工具調(diào)用對(duì)應(yīng)迭代算法，優(yōu)化DOE相位分布并仿真對(duì)比不同算法的整形效果。
仿真成果：龐輝等人[4]利用混合遺傳迭代爬山算法設(shè)計(jì)衍射光學(xué)元件，分別利用GS算法和混合算法進(jìn)行模擬，GS算法得到的衍射效率為98.64%，均勻性為3.23%，而混合算法得到的衍射效率為95.41%，均勻性為0.41%。
（4）微透鏡陣列
微透鏡陣列通過(guò)分割光束并疊加干涉，實(shí)現(xiàn)多模激光的均勻化輸出，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于抑制干涉效應(yīng)、提升能量利用率。
展開(kāi) 光刻技術(shù)第5期 | 二維矢量光刻成像
矢量光刻成像模型
二維矢量光刻成像流程簡(jiǎn)潔高效且精準(zhǔn)可控，每一步都經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的技術(shù)打磨：光源經(jīng)定制化照明系統(tǒng)進(jìn)行勻光、偏振調(diào)控后，均勻照射在高精度掩模上，掩模上的二維圖形會(huì)對(duì)入射光進(jìn)行選擇性衍射；衍射出的光進(jìn)入高數(shù)值孔徑物鏡系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)在入瞳與出瞳處通過(guò)特殊光學(xué)結(jié)構(gòu)完成偏振態(tài)、相位及振幅的精準(zhǔn)調(diào)控，濾除無(wú)效雜光，保留有效成像光；最終，經(jīng)過(guò)調(diào)控的光在硅片像面精準(zhǔn)匯聚，實(shí)現(xiàn)高保真成像。
整個(gè)過(guò)程中，掩模圖形的最終成像光強(qiáng)，由不同照明出瞳點(diǎn)照射形成的像光強(qiáng)疊加而成，這種疊加機(jī)制確保了即使在大視場(chǎng)曝光場(chǎng)景下，圖形的邊緣精度與內(nèi)部均勻性也能得到雙重保障，有效避免了傳統(tǒng)光刻中“邊緣模糊、中心失真”的問(wèn)題。
02/構(gòu)造模型
1.物方衍射遠(yuǎn)場(chǎng)：
采用傅里葉變換技術(shù)，將掩模表面復(fù)雜的光場(chǎng)分布轉(zhuǎn)化為物方衍射遠(yuǎn)場(chǎng)Efar，分離不同偏振方向的光場(chǎng)分量特征。而近場(chǎng)光場(chǎng)的形成直接與入射照明光的偏振態(tài)有關(guān)，通過(guò)提前調(diào)控照明光偏振方向，可針對(duì)性強(qiáng)化關(guān)鍵圖形的光場(chǎng)信號(hào)。這一技術(shù)使掩模光場(chǎng)的捕捉精度達(dá)到0.1nm級(jí)別，即使面對(duì)納米級(jí)的掩模圖形細(xì)節(jié)，也能完整保留光場(chǎng)特征，為后續(xù)成像奠定了極致精準(zhǔn)的基礎(chǔ)。
2.光瞳函數(shù)
在零像差物鏡成像情況下，用光瞳函數(shù)Pideal(fx,fy)表示入瞳面對(duì)各級(jí)衍射光的限制作用，可表示為：
截止頻率fc、NA和照明波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系為：
存在波像差W(R,?)時(shí)，光瞳函數(shù)表達(dá)式為：
光瞳某坐標(biāo)點(diǎn)(fx,fy)對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)是(R,?)。
以光瞳函數(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)衍射光強(qiáng)度與相位的精細(xì)化調(diào)控。
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