[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） mW-4  
cdY|z]B  
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。 l3[2b Qx  
H!PMb{
e
 
1. 线栅偏振片的原理 EVYICR5g  
3V2dN)\  
2. 建模任务 N/CL?Z>c  

X2\1OWR0  
)"KKBil0  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 KFZ2%:
6>  
 偏振元件的重要特性： Pr|BhX  
 偏振对比度 ^V,?n@c!  
 透射率  'ONCz  
 效率一致性 0[E}[{t`  
 线格结构的应用(金属) apy9B6%PJ+  
!79eF)  
3. 建模任务： +xYU$e6Z  
C^QpVt-T  
4. 建模任务：仿真参数 meJ%mY  
b5!D('w>]  
偏振片#1: xfegi$  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 P-]u&m/6  
 高透过率(最大化) ,v\^efc:%  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) Q>d<4]`  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) Tew?e&eO  
偏振片#2: skeH~-`M@  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 n[+$a)$8  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 \P~h0zg?  
 光栅周期：100nm UmEc")3  
 光栅材料：钨 [a201I0 -  
F .hA.E  
5. 偏振片特性 b';oFUU>Q  
^L4"X~eM  
 偏振对比度：(要求至少50:1) >>nOS]UL  
4 x|yzUx  
$@utlIXA'  
xky +"  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) H"5=z7w  
-}x( MZ  
Lqa|9|!  

U,Q  
6. 二维光栅结构的建模 " i!Xiy~  

9Ib#A  
dQljG.PiK  
 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。 i U"2uLgb  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 v{r,Wy3  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 0]k-0#JM  
2e?a"Vss  
M4}b lh#  
-4Hf5!  
7. 偏振敏感光栅的分析 SPu+t3  

]L6[vJHx  
 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。 hEhvA6f,  
 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) W!Fu7a  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。
ssY5g !%  
8. 利用参数优化器进行优化 j"5 $m@lgn  

{ovW6#  

IRG-H!FV  
 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。 )dh_eqnX  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 XlJA}^e  
 在该案例种，提出两个不同的目标： $*$X5  
 #1:最佳的优化函数@193nm R1?LB"aN  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 K#;EjR4H  
|SX31T9rG  
9. 优化@193nm b|Sjh;  
z
BjbH=  
 初始参数： >Q#\X=a>  
 光栅高度：80nm %X -G(Z  
 占空比：40% Qv B%X)J  
 参数范围： }cO}H2m  
 光栅高度：50nm—150nm ]k)h<)nY  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) #-7w|  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 2fFGS.l  
 ovsI2  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 7El:$H  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 q?$<{Z"  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 _>u0vGF-  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 \1nj=ca?  

>
Pwu>  
10. 优化@193nm结果 ?4sF:Y+\  
1kczlTF  
 优化结果： w$$vR   
 光栅高度：124.2nm -F&*>?I  
 占空比：31.6% u.ub:  
 Ex透过率：43.1% D<J,3(Yu  
 偏振度：50.0 s)5W:`MH?  
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。 aX}:O  
7-j=he/  
 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。 ?TMrnR/d  
 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。 "yf#sEabV  
 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。 q~6((pWi|  
-_T@kg[0zB  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 S*'  
J_N`D+m  
:d}@Z}2sD  
 初始参数： #G\;)pT  
 光栅高度：80nm hZ~\Z S7  
 占空比：40% EL:Az~]V  
 参数范围： hngdeGa  
 光栅高度：50nm—150nm $;As7MI  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) =*=qleC3  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% gaVQ3NqF  
";*Iwd*V  
 优化结果： w<jlE8u  
 光栅高度：101.8nm D)GD9MJ  
 占空比：20.9% 0=I:VGC3  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） M2rgB%W)m  
 偏振对比度：50.0 2>h.K/pC  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 R6E.C!EI  
dZ{yNh.]  
12. 结论 j7v?NY  
G21cJi*  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) {i|$^A3  
 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 <69Uq8GI  
(如Downhill-Simplex-algorithm) 1zWEK]2.R  
 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。 "FH03
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