针式变化

针式变化（Needle Variation） 通过在其帮助最大的位置插入无限薄的“针式”层，再对结果进行精炼，从而改进设计。为了找到这个位置，它会用每一种候选材料扫描堆栈中的每一个位置，并计算：如果在那里插入一个给定材料的针式层，评价函数将如何变化——这个量被称为 P 函数（P-function）。最具潜力的位置和材料胜出，针式层以有限厚度插入，随后一轮精炼使新堆栈稳定下来。这一循环会重复，直到没有任何插入能进一步改进设计为止。

功能区中有两个版本。两者共享同一个候选材料池和相同的底层扫描。

针式自动（Needle Automatic）

自行运行整个“扫描—插入—精炼”循环，直到达到针式最优。

针式手动（Needle Manual）

将同样的 P 函数扫描以图表形式展示给你，并允许你点击位置和材料，手动插入单个针式层。这对于验证某个拓扑想法、在你已知某层应处的位置播下种子，或逐次插入地逐步推进合成非常有用。

设置

候选材料：针式允许插入的材料池。全部（All）/ 清空（Clear） 可一键选中或清空该池。此池由针式自动、针式手动和渐进演化共享。

最大层数：设计可增长到的最大层数上限。

目标评价函数（Target MF）：一旦评价函数达到该值即停止（0 表示运行至收敛）。

高级部分暴露了合成调参项：

针式尺度（nm）：探测候选位置时所用的厚度步长。

dMin（nm）：最小插入厚度以及精炼期间使用的下限（默认 1 nm）。在合成过程中保持其合成默认值；只有在后续的精炼和 设计清理器 处理中，才将其提高到你的制造下限，以免过早地用可制造的厚度下限拖累合成。

精炼迭代次数：每次插入后运行的精炼步数。

内层精炼器：每次插入后精炼堆栈所用的方法。默认是共轭梯度（Conjugate Gradient），它使设计保持“松弛”状态，以便下一次扫描仍能找到可改进的针式层。备选方法见 优化方法。

候选搜索：每一步探索改进候选的彻底程度（快速、均衡或彻底），在速度与质量之间权衡。

合成过程中会忽略最小和最大厚度限制；通过在之后运行 精炼 来重新启用它们。设计编辑器（Design Editor）中设置的表面模式对每种模式都生效，而不仅仅是正面。

如何解读

窗口会实时预览针式层插入过程中的设计，显示针对最佳候选材料的 P 函数随位置变化的扫描图（最深的凹陷标记了最佳插入位置），以及逐循环的评价函数历史。当你点击“完成（Done）”时，最终设计会被提交到当前活动设计。

当所需的拓扑改变是一个厚的间隔层而非薄的针式层时，针式法可能会停滞；渐进演化 通过其强制插入步骤摆脱这类情况，因此一个常见模式是：先跑几轮针式，再跑渐进演化，然后再跑针式。

参考文献

• Sullivan & Dobrowolski, Appl. Opt. 35, 5484 (1996).
• Tikhonravov et al., Appl. Opt. 35, 5493 (1996).
• Tikhonravov et al., SPIE 4829 (2003).