[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） ):^ '/e
 
luibB&p1  
该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化，紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能，如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 epn#qeX  
@81-kdTx  
1. 线栅偏振片的原理 (1rJFl!  
G l_\Vy  
2. 建模任务 W=UqX{-j)  

 oHOW5  
B;SzuCW  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 &{ DR6  
 偏振元件的重要特性： El'yiJ  
 偏振对比度 V@$GC$;  
 透射率 ~:T3|  
 效率一致性 w2 /* `YO  
 线格结构的应用(金属) kJI3`gS+  
MF&3e#mdB  
3. 建模任务： |3 ;u"&(P  
@+iC/
  
4. 建模任务：仿真参数 ud yAP>  
`0Yt1Z&
 
偏振片#1: mm_^gQ,`  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 XO0>t{G  
 高透过率(最大化) 6`_!?u7  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) IY V-*/ |  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) =x=1uXQv5  
偏振片#2: {5U1`
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 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 4pLQ"&>}80  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 8n;kK?  
 光栅周期：100nm ok%EqO  
 光栅材料：钨 %I_&Ehu  
`<S/?I8  
5. 偏振片特性 9!5b2!JL  
-E6Jf$  
 偏振对比度：(要求至少50:1) N )'8o}E  
?hxK/%)  
6 M*b6  
CKx\V+\O  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) :-$cdZ3E  
/z/hUa  
'&N: S-  
EW ~*@H  
6. 二维光栅结构的建模 ?UxG/]",  

GEhdk]<a7  
\H,V 9!B  
 该案例使用一般二维光栅工具，该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 w/qQ(]n8  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 issT{&T  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 jAA'hA  
$eK8GMxZ#  
Z~duJsH  
$|>6z_3%  
7. 偏振敏感光栅的分析 UVc>i9,0  

Lv  
 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析，该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 $/4Wod*l  
 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) mw:3q6  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 v>JB rIb$  
8. 利用参数优化器进行优化 uOyLC<I/  

K{, W_^  

h{Oz*Bq  
 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 K.:6YXVs<  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 p3V9ikyy  
 在该案例种，提出两个不同的目标： UeMnc 5y  
 #1:最佳的优化函数@193nm F(T=WR].o  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 9c"0~7v  
xnl<<}4pJ  
9. 优化@193nm r0~7v1rG  
$ 1akI  
 初始参数： 38"8,k  
 光栅高度：80nm 6b-  
 占空比：40% 9`r
i J4zl  
 参数范围： PFImqojHd  
 光栅高度：50nm—150nm 2z.k)Qx!Z  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 9)G:::8u7  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 {.s]\C  
0z#l0-NdQ  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 XS}Zq4H  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 I>N-95  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Iu=pk@*O  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 3&.TU5]`-  
"U/NMGMj  
10. 优化@193nm结果 I T*fjUY&  
2jI4V;H8g  
 优化结果： jK ?  
 光栅高度：124.2nm UMHuIA:%U  
 占空比：31.6% D6C-x  
 Ex透过率：43.1% 9Q SUCN_  
 偏振度：50.0 }M"-5K}  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 y>)mSl@1y  
 y)N.LS  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 b&hF')_UOz  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 Y-}hNZn"{  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 UDIac;vT  
w]]x[D]L  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 :ofE8]  
,g<>`={kK+  
@Z3[c[D)9  
 初始参数： ,iA2si  
 光栅高度：80nm z1}tC\9'%  
 占空比：40%
SdEb[  
 参数范围： [*mCa:^  
 光栅高度：50nm—150nm aT`02X  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) kVB}r.NHP  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% N7j]yvE  
2uI`$A:  
 优化结果： 8KtF<`A)  
 光栅高度：101.8nm 1*c0\:BQ;z  
 占空比：20.9% b&|YQW}~  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） %8z+R m,Ot  
 偏振对比度：50.0 nU">> 1!U  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 tZJ 9}\r  
~'PS|  
12. 结论 tyGnG0GK  
*aSRKY  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) _If@#WnoyA  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 ]aL [  
(如Downhill-Simplex-algorithm) q)zu}m  
 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化，并满足独立的要求。 4`^TC[