由于相位和结构之间的直接关系，衍射分束器通常设计有一定的近轴近似，这也由这些算法提供，反之亦然。在非近轴甚至高数值孔径分束器的情况下，这些近似会引入一些不准确性，因此如果不进行额外严格的后期优化，至少建议进行严格的分析。在此用例中，这种严格的评估是在使用奇数衍射级的典型二元1:6 分束器上执行的。为此，对初始系统的结构进行了参数化，并通过可编程光栅分析仪定义了一组定制的评价函数。对于参数优化和随后的公差分析，使用严格的傅里叶模式方法（FMM）。

建模任务

衍射分光面初步设计(*)

1. 使用VirtualLab Fusion 的迭代傅里叶变换算法(IFTA) 设计工具计算分束器的初始相位函数。

2.对于高度轮廓的转换，采用基于薄单元近似（TEA）的结构设计。

(*) 不属于此用例(**) 这些会话编辑器在Diffractive Optics Toolbox Silver Edition 中提供。

TEA 和等距采样结构的局限性

当最小特征尺寸不小于波长的5倍左右时，TEA非常合适。如果情况并非如此，则幅度/相位分布与设计高度剖面相互作用，可能会显示与预期值的相关偏差。

因此，需要进行批判性评估。

对于参数优化，需要对结构数据进行不同的定义。

优化后数据准备（参数化）

衍射分光镜面进一步优化

哪个衍射级具有哪些评价函数？

利用可编程光栅分析仪

对初始分束器设计的严格分析

设置优化参数

两种优化流程对比

在此用例中，我们演示了具有不同配置目标和约束的两种优化：

在优化#1 中，优先考虑均匀性误差。

在优化#2 中，级别0 也应该最小化。

关于评价函数约束，用户可以指定

个人目标值、范围、下限或上限是多少？

通过权重，他们的贡献应该是什么。

在优化过程中，使用内置的下降单纯形算法

评价函数约束的配置

优化#1（优先级=均匀性误差）

优化#2（优先级=均匀性误差0 级较低）

严格的结果比较（初始—优化#1—优化#2）

公差模拟结果

质量函数的行为是在生产过程中可能的高公差（5%）范围内进行研究的。

在大部分公差范围内，蚀刻深度误差约为1.5%（蓝红区域长度），第二次优化设计的均匀性明显较差。

乍一看，优化#2 的最小均匀性误差（红色曲线@0%）并不居中，这似乎很奇怪。这是因为优化#2 优先考虑低0 级效率，牺牲一些一致性来实现此目标。

因此，对于公差分析的整个预期范围，第二次优化的结构始终具有显着较低的0 阶。

注意：

公差模拟结果中的参考值1始终指被检查结构的各个单独优化高度（由紫色线表示）。

公差模拟结论

容差测试为确定所需应用的最佳结构提供了更好的信息基础。

可以看出，如果使用均匀性误差最低的高度，在1.3%（黄色区域长度）的类似公差范围内，第二次优化的结构均匀性误差小于0.5%（绿线）。

因此，附加高度缩放0.9825（707.7 nm）的第二个优化结果可能是一个具有合适整体性能的良好解决方案。相应的结果显示在下表的最后一列“优化#2b”中。

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