[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） l\uNh~\  
=q`T|9v  
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。 Fmz+ Xb  
O}p<"3Ub  
1. 线栅偏振片的原理 (mKH,r  
a;M{-G  
2. 建模任务 ,|.}6\zl*{  

NK(_ &.F
 
e0otr_)3F  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 1xkrhqq  
 偏振元件的重要特性： 0z4M/WrNt  
 偏振对比度 ek0!~v<I  
 透射率 ^H{YL
O  
 效率一致性 o P;6i  
 线格结构的应用(金属) ecR)8^1 '  
?:-:m'jdU  
3. 建模任务： E-FR w  
n${k^e-=  
4. 建模任务：仿真参数 |r36iUHZS  
cO5zg<wF  
偏振片#1: Ym!e}`A\F  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 Kfr1k  
 高透过率(最大化) F*r)  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) g.
vE%zKL  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) tMp!MQ   
偏振片#2: ela^L_NhF  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内  (/,l0  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 slUi)@b  
 光栅周期：100nm KB(W'M_D\  
 光栅材料：钨 %Ta"H3ZW  
W I MBwmg  
5. 偏振片特性 nJ xO.wWE  
& d2`{H  
 偏振对比度：(要求至少50:1) KAI2[ gs  
 X0$q!  
Y:t?W  
y$SUYG'v  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) :zPK  
+F2OPIanT~  
^2+Vt=*  
#Lp}j?Y  
6. 二维光栅结构的建模 k0K$OX
*:e  

$?bD55  
MGt>:&s(]  
 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。 IDFzyg_
 
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 EwA*  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 [|=M<>?[  
b/]4#?g  
f17E2^(I(}  
wCruj`$  
7. 偏振敏感光栅的分析 e5P9P%1w  

/Xb4'Qj  
 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。 ^MF 2Q+  
 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) FpA
t  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ]rH[+t-  
8. 利用参数优化器进行优化 fs&$?mHL){  

/pPHD]  

h\w;SDwOk  
 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。 'yq?xlIj  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 5~@-LXqL  
 在该案例种，提出两个不同的目标： 5)lcgvp  
 #1:最佳的优化函数@193nm W/>a 1  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 iC=>wrqY>  
o /[7Vo  
9. 优化@193nm i#t-p\Tcz  
A#T"4'#?<  
 初始参数： ^Z?m)qxvB  
 光栅高度：80nm ~io.TS|r  
 占空比：40% k1f<(@*`  
 参数范围： pF-_yyQ  
 光栅高度：50nm—150nm : #CWiq("%  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) O8A1200  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 uH%b rbrU  
S3Gr}N  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 zdrP56rzZ  
 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。 nsU7cLf"^V  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 1LRP R@b^  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 6dr
'nP  
<m`CLVx8m  
10. 优化@193nm结果 DX>LB$dy?  
-6kX?sNl)X  
 优化结果： >jhcSvM6  
 光栅高度：124.2nm .eD&UQ  
 占空比：31.6% '`k7l7I[@  
 Ex透过率：43.1% z@~H{glo  
 偏振度：50.0 ]A%3\)r  
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。 zMbFh_dcq  
/g{*px|  
 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。 20|_wAA5  
 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。 7CH&n4v  
 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。 'sUOi7U  
P(k*SB|D  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 FXJ0 G>F  
hHJvLs>^  
0<!9D):Bb  
 初始参数： t;w<n"  
 光栅高度：80nm Bam.B6-  
 占空比：40% vkTu:3Qe  
 参数范围： 94#,dA,M  
 光栅高度：50nm—150nm *mp:#'  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) F8-GnTxa  
 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% JT0j2_*Rr  
}? / Blr  
 优化结果： uE')<fVX(  
 光栅高度：101.8nm U?Jk  
 占空比：20.9% _`?cBu`  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） k
+ t(u]  
 偏振对比度：50.0 #wIWh^^ Zy  
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。 LP#wE~K"b  
jSE)&K4nI  
12. 结论 3(V0
,L'1  
ZDmL?mC  
 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) zn
i9  
 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 P".}Y[GD  
(如Downhill-Simplex-algorithm) D8L5t<^1R  
 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。 yR>
P