[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） d#E&,^@M  
e%cTFwX?n  
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。 \'Ae,q|w  
Nbr$G=U  
1. 线栅偏振片的原理 $~1vXe  
yU!1q}L!  
2. 建模任务 dJgLS^1E  

kL1<H%1'  
3A`Gx#  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 bVUIeX'  
 偏振元件的重要特性： ;(?tlFc  
 偏振对比度 }PJsPIa3j  
 透射率 os{ iY  
 效率一致性 xuvW6Q;  
 线格结构的应用(金属) pA*C|g  
mxqD'^n#  
3. 建模任务： r>fGj\#R =  
$ztsbV}  
4. 建模任务：仿真参数 ]^C 8Oh<  
o*H U^  
偏振片#1: Gt.'_hf Js  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 @F5Af/  
 高透过率(最大化) W+&5G(z~  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) QP%_2m>yhl  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) '|4+
<#  
偏振片#2: }AS/^E  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 #Kb /tOp1  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 i"G'#n~e  
 光栅周期：100nm B)Y[~4o  
 光栅材料：钨 ^0.8-RT  
a6LL]_&g  
5. 偏振片特性 \o!3TK"N  
W q<t+E[  
 偏振对比度：(要求至少50:1) w6s[|i)&  
tkctwjD  
2X
l+}M.:Y  
V#oz~GMB  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) c;kU|_  
|H t5a.  
kumV|$Y?kA  
>T[/V3Z~K  
6. 二维光栅结构的建模 b11I$b #  

s-IE}I?;  
2{h2]F  
 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。 6o^>q&e}%  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 yq-~5ui  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 {<ShUN  
WhW}ZS'r  
<uuumi-!%G  
1(Is 7  
7. 偏振敏感光栅的分析 tLOGj?/r  

|3FI\F;^q  
 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。 `Xos]L'w  
 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) T!H(Y4A  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 |<c9ZS+  
8. 利用参数优化器进行优化 0ZjT.Ep  

DKS1Sm6d0  

&|XgWZS5  
 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。 %<>:$4U@]  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 I#MPJ@*WT  
 在该案例种，提出两个不同的目标： >.qFhO\1so  
 #1:最佳的优化函数@193nm futYMoV  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 QDn_`c  
^# $IoW  
9. 优化@193nm 1x_EAHZ>7  
[^ }$u[  
 初始参数： ]S%_&ZMCM  
 光栅高度：80nm iAH,f5T  
 占空比：40% 9W=(D|,
,  
 参数范围： L~5f*LE$1  
 光栅高度：50nm—150nm |X=p`iz1&  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) {>hxmn   
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 9^!.!%6O$  
'aEK{#en  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 X}Q4;='C-  
 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。 8~(,qU8-N  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 =u2~=t=LV  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 ~+'f[!^  
) 'xyK  
10. 优化@193nm结果 G|jHic!  
ug]2wftlQ  
 优化结果： LhAN( [  
 光栅高度：124.2nm FC+-|1?C  
 占空比：31.6% fcdXj_u  
 Ex透过率：43.1% D N!V".m`J  
 偏振度：50.0 qVh?%c1.Y  
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。 ,C6(  
+(DzE H |  
 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。 h~Ir=JV  
 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。 qK$O /g,  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 zmQQ/7K  
`mcb0  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 jlb8<xIC]  
X}'rPz\Lu  
QyA^9@iVs  
 初始参数： bDDP:INm.  
 光栅高度：80nm P\dfxR;8%  
 占空比：40%
GOxP{d?  
 参数范围： 6/cm TT$i  
 光栅高度：50nm—150nm }N9PV/a  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) o%Q9]=%!  
 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% $E[O}+L$#  
qf K gNZ  
 优化结果： iJh{,0))g  
 光栅高度：101.8nm 8o:h/F  
 占空比：20.9% 2.nT k  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） O)^F z:  
 偏振对比度：50.0 #.u&2eyqQ  
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。 JQ ?8yl  
?6*\M  
12. 结论 1g=T"O&=  
b6;MTz*k>  
 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) Ew]&~:$Ki  
 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 %J6>Vc!ix=  
(如Downhill-Simplex-algorithm) &u9,|n]O9  
 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。 j7);N