[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） edqekjh  
8oG0tX3i  
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。 Z;bzp3v  
%_wX9ZT  
1. 线栅偏振片的原理 }+0{opY4R  
^o]ZDc  
2. 建模任务 ]5lp.#EB  

NaSgK  
nZa.3/7dJ  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 "w0>  
 偏振元件的重要特性： mHo}, |  
 偏振对比度 ~#dNGWwG  
 透射率 @^:R1c![s  
 效率一致性 <k'=_mC_  
 线格结构的应用(金属) cA1"Nek  
Crmxsw.W^Y  
3. 建模任务： xR2E? 0T  
IMjnj|Fj  
4. 建模任务：仿真参数 
Ns2M8  
!CROc}  
偏振片#1: 3hr&p{/  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 OWFLw  
 高透过率(最大化) ywpk\  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) Mf%0Cx `  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) &IM;Yl  
偏振片#2: z%;b-PpS  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 7wsn8_n9  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 tK6z#)  
 光栅周期：100nm }3F8[Td.~N  
 光栅材料：钨 jpZ, $  
kt.z,<w5O  
5. 偏振片特性 ps"DL4*  


./LD  
 偏振对比度：(要求至少50:1) 2e zQX2q  
pw*<tXH!  
&Vfdq6Y]  
n5A0
E2!  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) >6Y\CixN  
Zf}]sW$H  
,qV8(`y_  
*|ez|*-  
6. 二维光栅结构的建模 _Iy0-=G  

uPc}a3'?  
r7/y'Y]O  
 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。 9nlfb~F~P  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 abkl)X>k  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 qz"di~7  
bsy\L|wd  
[ps5;  
wq!Gj]B  
7. 偏振敏感光栅的分析 %Kx:'m%U  

XRCiv   
 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。 J`a$"G B.  
 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) f/RzE  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 72R|zR  
8. 利用参数优化器进行优化 yB\}e'J^  

!`L%wS  

7
J,j
 
 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。 Esvr~)Y  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 /)Bk r/  
 在该案例种，提出两个不同的目标： |u8IQR'B  
 #1:最佳的优化函数@193nm @9g$+_"ZT  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 -iWt~  
z[X>>P3<n  
9. 优化@193nm dO}6zQ\  
Nw[TP G5  
 初始参数： %!I7tR#;  
 光栅高度：80nm YKKZRlQo  
 占空比：40% G#-t&gO3  
 参数范围： b?eIFI&w^l  
 光栅高度：50nm—150nm -/rP0h5#  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) F7lhLly  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 reJw&t}Q  
^.)oQo SE  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 LgXc}3  
 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。 $(B|$e^:(  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 +U{8Mj  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。  |`[0U  
#'[4k:  
10. 优化@193nm结果 n4,b?-E>(  
AL@8v=  
 优化结果： Y!s94#OaZ  
 光栅高度：124.2nm NQ~keN  
 占空比：31.6% -l)vl<}  
 Ex透过率：43.1% ^k6 A,Ak  
 偏振度：50.0 -L&r2RF/  
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。 lWr=79  
y(/"DUx  
 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。 v&Xsyb0CaM  
 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。 T1AD(r\W5  
 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。 0N.B=j|  
8AL`<8$  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 |8^53*f ?
 
A) {q7WI  
OZ>w.$ue  
 初始参数： |j:"n3~6  
 光栅高度：80nm tNP>6F/  
 占空比：40% &zk
uL  
 参数范围： F6XrJ?JM  
 光栅高度：50nm—150nm RlW0U-%u  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) %L(;}sJ.  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% SQ&nQzL  
tDw(k[aK@  
 优化结果： tNpBRk(}  
 光栅高度：101.8nm ;;>hWAS  
 占空比：20.9% 6L5j  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） A#NJ8_  
 偏振对比度：50.0 ; '6`hZ  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 9~3;upWu!  
V+`gkWe/  
12. 结论 lGoP(ki  
8(d
Hn  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) 3XykIj1  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 Hwb+@'o  
(如Downhill-Simplex-algorithm) E3..$x-/  
 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。 |w; hu]