[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） I>3]VRi  
ioS(;2F  
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。 y[sO0u\  
si3@R?WR6*  
1. 线栅偏振片的原理 %u02KmV.  
AtW<e;!0te  
2. 建模任务 f^kH[C  

$n@B:kv5p  
G^/8lIj  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 :B]yreg  
 偏振元件的重要特性： K-drN)o  
 偏振对比度 R3%&\<a)9  
 透射率 |4|j5<5  
 效率一致性 k'JfXrW<!  
 线格结构的应用(金属) 16R0#Q/{+*  
"AUHe6Yv  
3. 建模任务： 5]yby"Z?}  
_G=k^f_  
4. 建模任务：仿真参数 _mn2bc9M  
Z`Sbq{Kx  
偏振片#1: X[KHI1@w  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 w [7vxQ!-  
 高透过率(最大化) &i
?>mt  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) r5S5;jL%t  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) Dk`(Wgk2  
偏振片#2: ~zT743  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 sW]fPa(cn,  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 ]KE"|}B  
 光栅周期：100nm |QB[f*y5  
 光栅材料：钨 s'JbG&T[J  
.-HwT3  
5. 偏振片特性 9S]]KEGn4  
p?XVO#  
 偏振对比度：(要求至少50:1) o6T'U#7P  
3r-oZ8/n  
UY$Lqe~  
x|lX1Mh$  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ,37\8y?o\  
's_[#a;Vp  
>s|zrS)  

.bvEE  
6. 二维光栅结构的建模 {f:%+h  

{kNV|E  
pa8R;A70Dl  
 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。 RJk42;]  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 !)$e+o^W  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 !b4
v}70,  
"9bd;Tt:  
)LDBvpJyQ  
r!e:sJAB.  
7. 偏振敏感光栅的分析 GLtd6;V  

BMs?+  
 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。 G3_HX<|f*  
 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) I)wc&>Lc  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 @Tz}y"VG  
8. 利用参数优化器进行优化 <<l1zEf@  

@Z2^smf  

"cDMFu  
 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。 &f($= 68  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 +nU=)x?38  
 在该案例种，提出两个不同的目标： hYB3tT  
 #1:最佳的优化函数@193nm S-%itrB*  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 &\$~  
Ev>P|kV&A  
9. 优化@193nm 13K|=6si  
3}kG ]#  
 初始参数： [D_s`'tg  
 光栅高度：80nm @<`P-+m  
 占空比：40% u1;sH{YK>  
 参数范围： Gw-y6e'|Y  
 光栅高度：50nm—150nm c$^~7.~{Qy  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) y/>IF|aX  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 v+(-\T\i  
Aa4 DJ  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 yIYQ.-DkS+  
 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。 ,xI FF-[0  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。
8@,8j!$8G  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 7A"v:e  
^?5HagA  
10. 优化@193nm结果 lsA?|4`mn  
4t,f$zk  
 优化结果： 9%Qlg4~<s  
 光栅高度：124.2nm :Lu 9w0>f  
 占空比：31.6% F4PWL|1  
 Ex透过率：43.1% V@o#" gZ  
 偏振度：50.0 (lg~}Jwq  
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。 Pl\NzB,`  
3HqTVq`
&  
 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。 }'`}| pM$  
 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。 z-N N(G+  
 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。 [*U.bRs  
rT(b t~Z  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 hip't@.uE  
o1R:1!"2  
>S>B tRl  
 初始参数： -% \LW1  
 光栅高度：80nm ,!dVhG#  
 占空比：40% J p)I9k,Ez  
 参数范围： aGNbCm  
 光栅高度：50nm—150nm V3(8?Fz.  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) i}5M'~F  
 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% .iYp9?t  
zl<D"eP  
 优化结果： GT,1t=|&V  
 光栅高度：101.8nm CsEU:v  
 占空比：20.9% c 5 `74g  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） |3mcL'  
 偏振对比度：50.0 f7/M_sx  
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。 [>KnMi=o)  
lvx[C7?  
12. 结论 ^hcK&  
<%.lPO]&E  
 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) ?x/Lb*a^  
 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 Ca-.&$f  
(如Downhill-Simplex-algorithm) Tvt(nWn(H1  
 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。 o)n=n!A