[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） O!3`^_.  
HYcwtw6  
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。 o0B3
G
  
:k&5Z`>)  
1. 线栅偏振片的原理 Om,M8!E  
<#ZDA/G(  
2. 建模任务 \X]  

<&m `)FJ  
X"fSM #  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 *Q`y'6S  
 偏振元件的重要特性： =N?K)QD`  
 偏振对比度 "raC?H  
 透射率 @\)a&p
]a  
 效率一致性 R![)B97^  
 线格结构的应用(金属) @FLa i  
Qh{]gw-6  
3. 建模任务： $ 0
Up.  
-Izc-W  
4. 建模任务：仿真参数 W^T6^q5;H  
dt1,!sHn  
偏振片#1: <&87aDYz  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 IA(+}V  
 高透过率(最大化) "v[?`<53^l  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) ptCAtEO72  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) ?S0gazZm
 
偏振片#2: \EC7*a0  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 )an,-EIX%  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 A6AIkKjzq  
 光栅周期：100nm bqI| wGCA"  
 光栅材料：钨 4SGF8y@WU  
)u}MyFl.  
5. 偏振片特性 O~u@J'4  
I/Q5Y-atg  
 偏振对比度：(要求至少50:1) 1v"r8=Wt  
4K<T_B/  
ndxijqw  
Q!(qL[o  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) w@Gk#  
(U@uJ  
N^U<;O?YDW  
B>{\qj)%  
6. 二维光栅结构的建模 DNp4U9
  

}rbsarG@  
K26x,m]p  
 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。 Q"QL#<N  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 h6Q-+_5  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 ,Y_[+  
=^D{ZZ
w{  
-mPrmapb3  
g$eZT{{W  
7. 偏振敏感光栅的分析 u*C"d1v=  

7J$5dFV2  
 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。 o7#Mr`6H  
 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)
|=U(8t  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 QnPgp(d<  
8. 利用参数优化器进行优化 @[] A&)B  

PdNxuy  

.}||!  
 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。 M~ ^ {S[o  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 Zd]2>h  
 在该案例种，提出两个不同的目标： eVx &S a  
 #1:最佳的优化函数@193nm 4t;m^I
v  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 J&jNONu?  
!YJ^BI    
9. 优化@193nm gbc])`aJ>  
TR([u  
 初始参数： }^/;8cfLY  
 光栅高度：80nm qf qp}g\  
 占空比：40% QW_QizR>|  
 参数范围： H@R2mw  
 光栅高度：50nm—150nm UW/{q`)  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ]p.eFYDh7  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 xK8R![x  
_-.~>C  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 \p&a
c&]  
 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。 mlmXFEC  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 !Ho=(6V  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 4{1.[##]o  
v8L&F9 o  
10. 优化@193nm结果 al3[Ph5G  
+^6v%z  
 优化结果： ,B<Tt|'  
 光栅高度：124.2nm ZdJer6:Z}  
 占空比：31.6% RL
;>1Q,H  
 Ex透过率：43.1% s`$px2Gw  
 偏振度：50.0 &_!g|-  
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。 ;%R+]&J  
[Bz'c1  
 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。 u+RdC
;_  
 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。 H#joc0?P  
 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。 7 i|_PP_  
1jhGshhp  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 x_3Zd  
VK)K#!O8  
|5}~n"R5  
 初始参数： y&.[Nt '+  
 光栅高度：80nm o5N];Nj  
 占空比：40% Dl#%tYL+3h  
 参数范围： NNQro)Lpe  
 光栅高度：50nm—150nm Hkv4t5F  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) }0({c~z\  
 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% ?=]*r>a3  
Q.Kr;64G  
 优化结果： g8{?;  
 光栅高度：101.8nm fQ
&:1ec  
 占空比：20.9% ;NrkX?Y  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） Cz\(.MWNZ  
 偏振对比度：50.0 9K8f ##3  
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。 .bm#|X)RO  
p,=:Ff}~  
12. 结论 s'V8PN+-  
~[i,f0O,  
 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) <N%8"o  
 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 GLe(?\Ug=  
(如Downhill-Simplex-algorithm) S!GjCog^J  
 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。 qO<'_7TN[