CN113625379A - 一种菲涅尔波带片的设计方法、制作方法和设计装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学器件技术领域，具体涉及一种菲涅尔波带片的设计方法、制作方法和设计装置。该方法包括：对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型；计算菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布；确定焦点中心位置；获得菲涅尔波带片模型的衍射效率；判断菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求；若否，则更新设定结构参数，并重复以上步骤；若是，则将设定结构参数作为优化后的设定结构参数。本发明创新地使用时域有限差分法来搭建真实的菲涅尔波带片模型，模拟出真实的菲涅尔波带片的工作环境，从而仿真出菲涅尔波带片的缺陷对其衍射现象的影响，通过反复的参数调整更新，进而获得了符合设计要求的菲涅耳波带片。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，具体涉及一种菲涅尔波带片的设计方法、制作方法和设计装置。
背景技术
X射线显微镜是一种无损三维成像的成像工具，可以快速、准确且无损地呈现具有纳米级分辨率的完整内部三维结构，在诸如集成电路器件微结构、材料和生命科学等科技领域均有应用。菲涅耳波带片是X射线显微镜的核心元件，菲涅耳波带片的性能关系到X射线显微镜的成像质量。而作为一种重要的菲涅耳波带片的性能参数，如何准确获取菲涅耳波带片的衍射效率，就对菲涅耳波带片的优化设计显得意义重大了。
但是，当前菲涅耳波带片在理论分析仍存在许多困难。目前，对菲涅耳波带片的理论分析一般采用几何几何光学法和耦合波理论。几何光学法在计算大高宽比的菲涅耳波带片时会产生数据失真，也无法精确模拟菲涅耳波带片的实验测试环境，使得后续数据处理和性能改良工作比较困难。而耦合波理论虽然解决了几何光学理论失真的问题，但是它采用无限长光栅近似，不适用于所有的菲涅耳波带片结构，另外耦合波理论难以得到全局的衍射效果，衍射现象不够直观。
因此，如何获得符合设计要求的菲涅耳波带片，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种菲涅尔波带片的设计方法、制作方法和设计装置，以获得符合设计要求的菲涅耳波带片。
本发明实施例提供了以下方案：
第一方面，本发明实施例提供一种菲涅尔波带片的设计方法，所述方法包括：
步骤11，根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型；
步骤12，通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布；
步骤13，根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置；
步骤14，根据焦点范围内的电场强度和入射场强，获得所述菲涅尔波带片模型的衍射效率；其中，所述焦点范围是距离所述焦点中心位置设定长度的空间；
步骤15，判断所述菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求；
步骤16，若否，则根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数，并重复步骤11至步骤15；
步骤17，若是，则将所述设定结构参数作为优化后的设定结构参数。
在一种可能的实施例中，所述根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型，包括：
根据所述设定结构参数，建立所述菲涅尔波带片的几何结构；
将设定波长的光源设置到所述菲涅尔波带片的几何结构周围的设定位置处。
在一种可能的实施例中，所述通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布，包括：
设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件；
根据所述菲涅尔波带片的几何结构，设定仿真空间区域；
在所述仿真空间区域中添加若干个栅格；
利用所述若干个栅格，将所述仿真空间区域分割为若干个立方体格子；
计算所述若干个立方体格子对应的空间内的第二光强分布；
根据所述第二光强分布，获得所述菲涅尔波带片模型在所述仿真空间区域内的第一光强分布。
在一种可能的实施例中，所述设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件，包括：
将由所述菲涅尔波带片的几何结构的边界向外延伸所述设定波长的一半长度的位置设定为所述边界条件尺寸；
将完全匹配层设定为所述边界条件。
在一种可能的实施例中，所述根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置，包括：
根据所述第一光强分布，获取光强分布曲线和衍射级次位置；
根据所述光强分布曲线和衍射级次位置，确定所述第一光强分布中最大光强的位置；
将所述最大光强的位置作为所述焦点中心位置。
在一种可能的实施例中，所述根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数，包括：
通过扫描所述设定结构参数，获得所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系；
根据所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系，获得所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系；
根据所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系，更新所述设定结构参数。
第二方面，本发明实施例提供一种菲涅尔波带片的制作方法，所述方法包括：
根据如第一方面中任一所述的菲涅尔波带片的设计方法获得的优化后的设定结构参数，制作菲涅尔波带片。
第三方面，本发明实施例提供一种菲涅尔波带片的设计装置，所述装置包括：
建模模块，用于根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型；
第一光强分布计算模块，用于通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布；
焦点中心位置确定模块，用于根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置；
衍射效率获得模块，用于根据焦点范围内的电场强度和入射场强，获得所述菲涅尔波带片模型的衍射效率；其中，所述焦点范围是距离所述焦点中心位置设定长度的空间；
判断模块，用于判断所述菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求；
设定结构参数更新模块，用于根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数；
优化后的设定结构参数获取模块，用于将所述设定结构参数作为优化后的设定结构参数。
在一种可能的实施例中，所述建模模块，包括：
几何结构建立模块，用于根据所述设定结构参数，建立所述菲涅尔波带片的几何结构；
光源设置模块，用于将设定波长的光源设置到所述菲涅尔波带片的几何结构周围的设定位置处。
在一种可能的实施例中，所述第一光强分布计算模块，包括：
边界设定模块，用于设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件；
仿真空间区域设定模块，用于根据所述菲涅尔波带片的几何结构，设定仿真空间区域；
栅格设置模块，用于在所述仿真空间区域中添加若干个栅格；
分割模块，用于利用所述若干个栅格，将所述仿真空间区域分割为若干个立方体格子；
计算模块，用于计算所述若干个立方体格子对应的空间内的第二光强分布；
第一光强分布获取模块，用于根据所述第二光强分布，获得所述菲涅尔波带片模型在所述仿真空间区域内的第一光强分布。
在一种可能的实施例中，所述边界设定模块，包括：
边界条件尺寸设定模块，用于将由所述菲涅尔波带片的几何结构的边界向外延伸所述设定波长的一半长度的位置设定为所述边界条件尺寸；
边界条件设定模块，用于将完全匹配层设定为所述边界条件。
在一种可能的实施例中，所述焦点中心位置确定模块，包括：
光强分布曲线和衍射级次位置获取模块，用于根据所述第一光强分布，获取光强分布曲线和衍射级次位置；
最大光强的位置确定模块，用于根据所述光强分布曲线和衍射级次位置，确定所述第一光强分布中最大光强的位置；
焦点中心位置获取模块，用于将所述最大光强的位置作为所述焦点中心位置。
在一种可能的实施例中，所述设定结构参数更新模块，包括：
第一关系获取模块，用于通过扫描所述设定结构参数，获得所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系；
第二关系获取模块，用于根据所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系，获得所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系；
参数更新模块，用于根据所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系，更新所述设定结构参数。
第四方面，本发明实施例提供一种菲涅尔波带片的设计设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现第一方面中任一所述的菲涅尔波带片的设计方法的步骤。
第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现第一方面中任一所述的菲涅尔波带片的设计方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明首先对菲涅尔波带片进行建模，然后通过时域有限差分法获取菲涅尔波带片模型在空间中的光强分布，并根据该光强分布获得该菲涅尔波带片模型的衍射效率，最终根据该衍射效率完成了菲涅尔波带片模型的设定结构参数的优化。
本发明创新地使用时域有限差分法来搭建真实的菲涅尔波带片模型，模拟出真实的菲涅尔波带片的工作环境，从而仿真出菲涅尔波带片的缺陷对其衍射现象的影响，通过反复的参数调整更新，进而获得了符合设计要求的菲涅耳波带片。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种可能的菲涅尔波带片的设计方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种菲涅尔波带片的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种在FDTD solution软件中搭建的光学数值仿真模型示意图；
图4是本发明实施例计算出的菲涅尔波带片透过率与入射光源波长之间对的关系折线图；
图5是本发明实施例提供的一种可能的菲涅尔波带片的制作方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种可能的菲涅尔波带片的设计装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的菲涅尔波带片的设计方法的流程图，包括步骤11至步骤17。
步骤11，根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型。
具体来讲，菲涅尔波带片是一组透光和不透光相间隔的圆环组成的特殊光栅，菲涅尔波带片模型的设定结构参数通常包括但不限于各圆环的尺寸参数、光学参数和材料参数等相关建模参数。
具体来讲，本实施例采用时域有限差分法(FDTD)来对菲涅尔波带片进行仿真分析，因此使用FDTD Solution软件来设计菲涅尔波带片的结构，获得菲涅尔波带片模型。
这里，本发明给出一种建立菲涅尔波带片模型的实施例，具体方案为：
所述根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型，包括步骤1.1至步骤1.2。
步骤1.1，根据所述设定结构参数，建立所述菲涅尔波带片的几何结构。
具体来讲，利用FDTD Solution软件中的建模组件，根据预先设定的设定结构参数，就可以完成菲涅尔波带片的几何结构的建立。
步骤1.2，将设定波长的光源设置到所述菲涅尔波带片的几何结构周围的设定位置处。
具体来讲，光源的设定波长可以涵盖X射线至可见光范围，亦即波长值介于0.01nm至780nm范围中。本实施例将设定波长选为200nm。
具体来讲，由于光源的尺寸对菲涅尔波带片的衍射现象存在较大的影响，经发明人多次分析建模比较，认为光源边长应大于菲涅尔波带片的直径以确保菲涅尔波带片上所有部分都有光源入射，优选的，应当使光源边长为菲涅尔波带片直径的2倍。
具体来讲，光源位置的选定对于菲涅尔波带片的仿真模拟也至关重要，为了方便仿真计算，本实施例将光源设置在菲涅尔波带片下方4mm位置处。
当然，还可以根据本实施例的建模思想，使用其他建模分析软件的方式或编写建模软件的方式实现菲涅尔波带片模型的建立。
步骤12，通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布。
具体来讲，时域有限差分法是把麦克斯韦方程式在时间和空间领域上进行差分化，在空间领域内的电场和磁场进行交替计算，通过时间领域上更新来模仿电磁场的变化，达到数值计算的目的。目前时域有限差分法大多用于小尺寸器件的仿真设计，由于波带片尺寸较大，直接使用时域有限差分法对波带片的仿真将会增加庞大的计算量，因此，现有技术中并没有使用时域有限差分法对菲涅尔波带片进行仿真。
具体来讲，本实施例使用使用时域有限差分法对菲涅尔波带片进行仿真，能够准确地获得菲涅尔波带片在空间中的电场分布、磁场分布和光强分布，为之后的器件衍射现象的分析提供准确的基础数据。
具体来讲，可以使用FDTD Solution软件中的grating_transmission分析组计算光场强度值。
这里，为了降低仿真模拟中的计算量，提高器件仿真效率，本发明还给出了一种较优的利用时域有限差分法对菲涅尔波带片进行仿真的实施例，具体方案为：
所述通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布，包括步骤2.1至步骤2.6。
步骤2.1，设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件。
具体来讲，菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件的选取，将会对仿真计算量产生直观的影响，发明人经过反复验证，提供了一种较优的实施例，以提高仿真的效率，具体方案为：
所述设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件，包括步骤2.1.1至步骤2.1.2。
步骤2.1.1，将由所述菲涅尔波带片的几何结构的边界向外延伸所述设定波长的一半长度的位置设定为所述边界条件尺寸。
步骤2.1.2，将完全匹配层设定为所述边界条件。
步骤2.2，根据所述菲涅尔波带片的几何结构，设定仿真空间区域。
具体来讲，仿真空间区域大小应该根据菲涅尔波带片尺寸确定，本实施例中设定FDTD仿真空间区域的中心与菲涅尔波带片中心重合，FDTD仿真空间区域在水平范围内距离PML边界1nm至2nm，在Z方向高于焦点位置。在一种较优的实施例中，仿真空间区域和菲涅尔波带片之间的间隔设置为2nm，区域边界Z坐标高于焦点5nm。
步骤2.3，在所述仿真空间区域中添加若干个栅格。
具体的，为了方便对菲涅尔波带片的衍射现象的仿真，栅格尺寸取波长的十分之一，本实施例中栅格边长为20nm。
步骤2.4，利用所述若干个栅格，将所述仿真空间区域分割为若干个立方体格子。
具体的，本实施例中，立方体格子为20nm*20nm*20nm的正方体。
步骤2.5，计算所述若干个立方体格子对应的空间内的第二光强分布。
步骤2.6，根据所述第二光强分布，获得所述菲涅尔波带片模型在所述仿真空间区域内的第一光强分布。
步骤13，根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置。
具体来讲，焦点中心位置一般为成像区域中光强最大的位置。
步骤14，根据焦点范围内的电场强度和入射场强，获得所述菲涅尔波带片模型的衍射效率。
其中，所述焦点范围是距离所述焦点中心位置设定长度的空间。
具体来讲，在焦点范围内对电场强度求积分，得到焦点范围内的总电场能量，通过将该总电场能量与其光源能量相比，就得到了菲涅尔波带片的衍射效率。
步骤15，判断所述菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求。
具体来讲，设计要求包括菲涅尔波带片模型的分辨率、透射性能指标、衍射性能指标、会聚性能指标等，在进行光学器件的设计前，一般会根据应用场景的要求，预先设定。
步骤16，若否，则根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数，并重复步骤11至步骤15。
具体来讲，如果菲涅尔波带片模型的衍射效率不满足设计要求，则说明基于当前的设定结构参数构建的菲涅尔波带片模型存在缺陷，需要优化当前的设定结构参数，重新建模，重新分析。
步骤17，若是，则将所述设定结构参数作为优化后的设定结构参数。
具体来讲，该优化后的设定结构参数就可以用来制作菲涅尔波带片。
在一种可能的实施例中，本发明还给出了一种确定焦点中心位置的优选方案，具体方案为：
所述根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置，包括步骤3.1至步骤3.3。
步骤3.1，根据所述第一光强分布，获取光强分布曲线和衍射级次位置。
步骤3.2，根据所述光强分布曲线和衍射级次位置，确定所述第一光强分布中最大光强的位置。
步骤3.3，将所述最大光强的位置作为所述焦点中心位置。
在一种可能的实施例中，所述根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数，包括步骤4.1至步骤4.3。
步骤4.1，通过扫描所述设定结构参数，获得所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系。
具体的，利用FDTD Solution软件中的sweep函数可以实现对设定结构参数的扫描，进而计算出设定结构参数与衍射效率的关系曲线图以及设定结构参数与第一光强分布的关系曲线图。
步骤4.2，根据所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系，获得所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系。
具体的，通过对设定结构参数与衍射效率的关系曲线图以及设定结构参数与第一光强分布的关系曲线图的分析，即可获得设定结构参数对菲涅尔波带片聚焦性能的影响，可用来模拟缺陷波带片聚焦实验、计算波带片重要参数、改良波带片性能。
步骤4.3，根据所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系，更新所述设定结构参数。
具体的，本实施例通过对变量的扫描可以很便捷地得到某一变量与衍射特性之间的关系并绘制曲线图，简化了数据处理过程。
本实施例可以计算三维空间中的光吸收能、散射能、光源能等参数，通过对各个数据进行收集处理，得到波带片的透过率，衍射级次和焦距、焦深、分辨率等重要指标。
这里，以波长为200nm光源并使用金和真空作为设计波带片的材料为例，在FDTDSolution软件中进行一次建模分析，以说明上述实施例的实现过程。
S01，确定菲涅尔波带片的结构，如图2所示为本实施例提供的一种菲涅尔波带片的结构示意图，其具体结构公式为：
其中，rn为菲涅尔波带片中第n环的半径，λ为光源的设定波长，f为菲涅尔波带片的焦距。
FDTD Solution软件中的建模代码为：
其中，参数“substrate_thickness”为波带片厚度；参数“X”为奇数环计数；参数“Y”为偶数环计数；参数“inner radius”为内径；参数“outer radius”为外径。
如图3所示为本实施例在FDTD solution软件中搭建的光学数值仿真模型示意图。
S02，添加平面波作为外部光源，设置波长为200nm。
S03，添加xz方向的光场监视器，该监视器可以捕获在Z方向的光场强度，由此来判定焦距和焦深。
S04，在焦点中心位置添加水平方向的衍射分析组，该分析组实现将该处的光场强度与光源强度相比，可以计算波带片的透过率，通过该数据也可以计算得到波带片吸收的能量值。
S05，添加FDTD仿真区域和栅格，通过栅格将FDTD仿真区域划分为多个立方体格子，利用FDTD算法计算整个仿真空间内的光场强度。
S06，以波长为变量，通过sweep扫描函数扫描得到波长对尺寸下的波带片透过率的影响，分析得到最适合该尺寸波带片工作的入射波长。
如图4所示为本实施例中计算出的菲涅尔波带片透过率与入射光源波长之间对的关系折线图。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种菲涅尔波带片的制作方法，请参阅图5，图5所示本发明实施例提供的方法的流程图，所述方法包括步骤21。
步骤21，根据如前文中任一所述的菲涅尔波带片的设计方法获得的优化后的设定结构参数，制作菲涅尔波带片。
具体的，可以通过光刻、腐蚀等现有工艺来制作菲涅尔波带片，由于具体的工艺不是本发明所保护的重点，在此不予以赘述。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种菲涅尔波带片的设计装置。请参阅图6，图6所示本发明实施例提供的装置结构示意图，所述装置包括：
建模模块31，用于根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型；
第一光强分布计算模块32，用于通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布；
焦点中心位置确定模块33，用于根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置；
衍射效率获得模块34，用于根据焦点范围内的电场强度和入射场强，获得所述菲涅尔波带片模型的衍射效率；其中，所述焦点范围是距离所述焦点中心位置设定长度的空间；
判断模块35，用于判断所述菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求；
设定结构参数更新模块36，用于根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数；
优化后的设定结构参数获取模块37，用于将所述设定结构参数作为优化后的设定结构参数。
在一种可能的实施例中，所述建模模块31，包括：
几何结构建立模块，用于根据所述设定结构参数，建立所述菲涅尔波带片的几何结构；
光源设置模块，用于将设定波长的光源设置到所述菲涅尔波带片的几何结构周围的设定位置处。
在一种可能的实施例中，所述第一光强分布计算模块32，包括：
边界设定模块，用于设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件；
仿真空间区域设定模块，用于根据所述菲涅尔波带片的几何结构，设定仿真空间区域；
栅格设置模块，用于在所述仿真空间区域中添加若干个栅格；
分割模块，用于利用所述若干个栅格，将所述仿真空间区域分割为若干个立方体格子；
计算模块，用于计算所述若干个立方体格子对应的空间内的第二光强分布；
第一光强分布获取模块，用于根据所述第二光强分布，获得所述菲涅尔波带片模型在所述仿真空间区域内的第一光强分布。
在一种可能的实施例中，所述边界设定模块，包括：
边界条件尺寸设定模块，用于将由所述菲涅尔波带片的几何结构的边界向外延伸所述设定波长的一半长度的位置设定为所述边界条件尺寸；
边界条件设定模块，用于将完全匹配层设定为所述边界条件。
在一种可能的实施例中，所述焦点中心位置确定模块33，包括：
光强分布曲线和衍射级次位置获取模块，用于根据所述第一光强分布，获取光强分布曲线和衍射级次位置；
最大光强的位置确定模块，用于根据所述光强分布曲线和衍射级次位置，确定所述第一光强分布中最大光强的位置；
焦点中心位置获取模块，用于将所述最大光强的位置作为所述焦点中心位置。
在一种可能的实施例中，所述设定结构参数更新模块36，包括：
第一关系获取模块，用于通过扫描所述设定结构参数，获得所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系；
第二关系获取模块，用于根据所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系，获得所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系；
参数更新模块，用于根据所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系，更新所述设定结构参数。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种菲涅尔波带片的设计设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例首先对菲涅尔波带片进行建模，然后通过时域有限差分法获取菲涅尔波带片模型在空间中的光强分布，并根据该光强分布获得该菲涅尔波带片模型的衍射效率，最终根据该衍射效率完成了菲涅尔波带片模型的设定结构参数的优化。
本发明实施例创新地使用时域有限差分法来搭建真实的菲涅尔波带片模型，模拟出真实的菲涅尔波带片的工作环境，从而仿真出菲涅尔波带片的缺陷对其衍射现象的影响，通过反复的参数调整更新，进而获得了符合设计要求的菲涅耳波带片。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种菲涅尔波带片的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤11，根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型；
步骤12，通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布；
步骤13，根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置；
步骤14，根据焦点范围内的电场强度和入射场强，获得所述菲涅尔波带片模型的衍射效率；其中，所述焦点范围是距离所述焦点中心位置设定长度的空间；
步骤15，判断所述菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求；
步骤16，若否，则根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数，并重复步骤11至步骤15；
步骤17，若是，则将所述设定结构参数作为优化后的设定结构参数。
2.根据权利要求1所述的菲涅尔波带片的设计方法，其特征在于，所述根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型，包括：
根据所述设定结构参数，建立所述菲涅尔波带片的几何结构；
将设定波长的光源设置到所述菲涅尔波带片的几何结构周围的设定位置处。
3.根据权利要求2所述的菲涅尔波带片的设计方法，其特征在于，所述通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布，包括：
设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件；
根据所述菲涅尔波带片的几何结构，设定仿真空间区域；
在所述仿真空间区域中添加若干个栅格；
利用所述若干个栅格，将所述仿真空间区域分割为若干个立方体格子；
计算所述若干个立方体格子对应的空间内的第二光强分布；
根据所述第二光强分布，获得所述菲涅尔波带片模型在所述仿真空间区域内的第一光强分布。
4.根据权利要求3所述的菲涅尔波带片的设计方法，其特征在于，所述设定所述菲涅尔波带片的几何结构的边界条件尺寸和边界条件，包括：
将由所述菲涅尔波带片的几何结构的边界向外延伸所述设定波长的一半长度的位置设定为所述边界条件尺寸；
将完全匹配层设定为所述边界条件。
5.根据权利要求1所述的菲涅尔波带片的设计方法，其特征在于，所述根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置，包括：
根据所述第一光强分布，获取光强分布曲线和衍射级次位置；
根据所述光强分布曲线和衍射级次位置，确定所述第一光强分布中最大光强的位置；
将所述最大光强的位置作为所述焦点中心位置。
6.根据权利要求1所述的菲涅尔波带片的设计方法，其特征在于，所述根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数，包括：
通过扫描所述设定结构参数，获得所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系；
根据所述设定结构参数分别与所述衍射效率、所述第一光强分布之间的关系，获得所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系；
根据所述设定结构参数与所述菲涅尔波带片模型的聚焦性能的关系，更新所述设定结构参数。
7.一种菲涅尔波带片的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
根据如权利要求1至6任一所述的菲涅尔波带片的设计方法获得的优化后的设定结构参数，制作菲涅尔波带片。
8.一种菲涅尔波带片的设计装置，其特征在于，所述装置包括：
建模模块，用于根据设定结构参数，对菲涅尔波带片进行结构建模，获得菲涅尔波带片模型；
第一光强分布计算模块，用于通过时域有限差分法，计算所述菲涅尔波带片模型在空间内的第一光强分布；
焦点中心位置确定模块，用于根据所述第一光强分布，确定焦点中心位置；
衍射效率获得模块，用于根据焦点范围内的电场强度和入射场强，获得所述菲涅尔波带片模型的衍射效率；其中，所述焦点范围是距离所述焦点中心位置设定长度的空间；
判断模块，用于判断所述菲涅尔波带片模型的衍射效率是否满足设计要求；
设定结构参数更新模块，用于根据所述菲涅尔波带片模型的衍射效率，更新所述设定结构参数；
优化后的设定结构参数获取模块，用于将所述设定结构参数作为优化后的设定结构参数。
9.一种菲涅尔波带片的设计设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至6任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1至6任一所述的方法的步骤。
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