[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） |oe!P}u  
t{R5 EU  
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。 Xr?>uqY!M  
6_R\l@a  
1. 线栅偏振片的原理 y@o9~?M  
W!/vm  
2. 建模任务 ,8c dXt   

8%o~4u3  
Gr5`1`8|  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 G;(onJz  
 偏振元件的重要特性： "_K}rI6(t  
 偏振对比度 ^uyNv-'F  
 透射率 3y
TQ  
 效率一致性 O9t=lrYV!  
 线格结构的应用(金属) j|VXC(6P,  
`OKo=e~,  
3. 建模任务： #_.g2 Y  
>vlQ|/C  
4. 建模任务：仿真参数 |x &Z~y  
2X|CuL{]  
偏振片#1: }FPM-M3y  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 b/}'Vf[  
 高透过率(最大化) ~TYbP  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) N0=-7wMk(Z  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) \s=QiPK  
偏振片#2: `FUFK/7 w\  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 9;=q=O/  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率
7dSh3f!  
 光栅周期：100nm ZV!R#Xv  
 光栅材料：钨 Uh|TDuM  
mR"uhm}q  
5. 偏振片特性 d,)}+G  
B-!guf rnY  
 偏振对比度：(要求至少50:1) ;K3d' U
 
<u0*"  
1'NhjL  
7egq4gN]2Y  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) xb%/sz(4  
j7f5|^/x3  
1|W
2s\  
vx'l>@]k  
6. 二维光栅结构的建模 f,|QAj=a  

>f>V5L%1  
!?jK1{E3  
 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。 J;S-+  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ]de\i=
?|  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 d>UnJ)V}  
O{~KR/  
A*hZv|$0  
vruD U#  
7. 偏振敏感光栅的分析 \H^;'agA  

$Jcq7E~  
 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。 ^[#=L4  
 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) Ddb-@YD&+0  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 /w0
sj`;"  
8. 利用参数优化器进行优化 7m\vRMK  

/^Y[*5  

YNI;h%w  
 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。 Uls+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。 1t.R+1[c  
 在该案例种，提出两个不同的目标： a~,Kz\Tt  
 #1:最佳的优化函数@193nm ?b56AE  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 8yn4}`Nc@  
^;+[8:Kb  
9. 优化@193nm wZQ)jo7*g  
d,UCH  
 初始参数： )AI?x@  
 光栅高度：80nm RB[/
q:  
 占空比：40% Apmw6cc  
 参数范围： ?IILt=)<  
 光栅高度：50nm—150nm nWk e#{[  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) T<P0T<  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 5Dd:r{{ Q  
q(gjT^aN  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 }-74f  
 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。 X &D{5~qC  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ~q 7;8<U  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 6lsEGe  
ytiyF2Kp  
10. 优化@193nm结果 4@h;5  
"TNVD"RLY  
 优化结果： *1$
 
 光栅高度：124.2nm *}w+68eO  
 占空比：31.6% WqE '(  
 Ex透过率：43.1% e\D|
o?v  
 偏振度：50.0 }RIU8=P  
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。 >La><.z~  
6Hk="$6K  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 _w>uI57U  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 p?JQ[K7i  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 dw9Tf^V  
<bP#H  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 doR4nRl9  
CW p#^1F  
/P:EWUf'  
 初始参数： :RiF3h(  
 光栅高度：80nm y^R4I_* z  
 占空比：40% )c+k_;t'+  
 参数范围： DZk1Z
Lz  
 光栅高度：50nm—150nm bq NP#C  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ,F9nDF@)  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% `eR 7H>I  
o_$&XNC_  
 优化结果： N 9LgU)-Jt  
 光栅高度：101.8nm 8EI:(NE*J  
 占空比：20.9% <<,>S&/  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） X#`dWNrN  
 偏振对比度：50.0 $(rc/h0/E  
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。 v@n_F  
<#*.}w~  
12. 结论 2w?hgNz  
?aWx(dVQ  
 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) d:rGyA]  
 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 WbcS: !0  
(如Downhill-Simplex-algorithm) j_GBH8`  
 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。 >{nH v)