[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） 9QY)<K~a  
{R1jysGtD  
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。 7;|6g8=  
S'3l<sY  
1. 线栅偏振片的原理 ;Kkn7&'F  
;2dhue  
2. 建模任务 0JNG\ARC  

:O//A6v  
EO'3;mo,  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 3QV|@5L`[  
 偏振元件的重要特性： uE5kL{Fv  
 偏振对比度 :kFWUs=  
 透射率 Iupk
+x>  
 效率一致性 )QI]b4[  
 线格结构的应用(金属) uv_*E`pN~  
u1]5qtg"  
3. 建模任务： eKStt|M'  
M5%u>$2  
4. 建模任务：仿真参数 ]^Q`CiKd  
U.wgae].O;  
偏振片#1: CH9#<?l  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 jr!x)yd  
 高透过率(最大化) !Rsx)  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) \f{C2d/6j  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) 7J>n;8{%?  
偏振片#2: 1RcaE!\p  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 O 6A:0yM4  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 W"wP%  
 光栅周期：100nm PJ #uYM  
 光栅材料：钨 KtV_DjH:  
uOW9FAW  
5. 偏振片特性 39m#  
'iL['4~.  
 偏振对比度：(要求至少50:1) Sm,%>  
z),l&7  
RqcX_x(p  
@p
`#y  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) fMLm_5(H  
:&TOQ<vM  
]@WJ&e/'@  
@~a52'\  
6. 二维光栅结构的建模 `^w5/v#  

g~Q#U;]  
DQ'+,bxk=9  
 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。 AK[9fxrE  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ]Fjz+CGg  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 k ( R  
BHFWig*{  
tk, HvE  
PU-;Q@< E  
7. 偏振敏感光栅的分析 L'['7  

cQ+V4cW Z  
 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。 l<qxr.X  
 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) /wvA]ooT  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 {d7KJmN  
8. 利用参数优化器进行优化 [0IeEjL  

IlS{>6  

E[_Z%zd^  
 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。 e#W@ep|
n  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 8vaqj/  
 在该案例种，提出两个不同的目标： :.sK:W("v  
 #1:最佳的优化函数@193nm $wX5`d1  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 wmT3 >  
Grw_SVa^  
9. 优化@193nm !5=3Y4bg1  
fh,Y#.V`  
 初始参数： #UGbSOoCtn  
 光栅高度：80nm rtUdL,Hx  
 占空比：40% Z"E+ TX  
 参数范围： ;l?>+m@H  
 光栅高度：50nm—150nm St&XG>nWS  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) u,'c:RMV  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 S9xC> |<  
o.j;dsZ  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 wePMBL1P*  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 *W i(%  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 g\6(ezUF*  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 DpTQPu9  
0jg-]  
10. 优化@193nm结果 K$K[fcj  
o]k[l;  
 优化结果： 9N u;0  
 光栅高度：124.2nm $x`U)pv  
 占空比：31.6% &os*@0h4  
 Ex透过率：43.1% UB(8N7_/  
 偏振度：50.0 ~}TVM%0RTq  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 H)(Jjk
-O  
U>:p`@  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 6%fU}si,  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 i44KTC"sB  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 47t^{WrT  
ql_aDoj  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 
3 #jPQ[+  
Lqz}h-Ei  
XFM6.ye  
 初始参数： gE8>5_R|  
 光栅高度：80nm 242lR0#aY  
 占空比：40% =P2T
&Gb  
 参数范围： W]reQ&<Z  
 光栅高度：50nm—150nm KXR  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ;,9|;)U?u  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% BeplS  
`cVG_=2  
 优化结果： @3b0hi4  
 光栅高度：101.8nm i;Gl-b\_h  
 占空比：20.9% D4 e)v%  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） eaCEZHr$  
 偏振对比度：50.0 !5p01]7  
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。 @dO~0dF  
+fKL

Czj  
12. 结论 1k "*@Z<  
*UEo&B2+  
 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) *jDzh;H!w  
 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 V_Y SYG9f  
(如Downhill-Simplex-algorithm) =FdS'<GM  
 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。 VE{t]>*-u