[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） J,=^'K(  
ZV07;`I  
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。 >PG
sY[N  
lDs C>L-F  
1. 线栅偏振片的原理 ,yi@?lc  
sr:hRQ27  
2. 建模任务 lB|.TCbW  

-1R7 8(1  
HaOSFltf#  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 WkoYkkuzj  
 偏振元件的重要特性： fY|vq amA;  
 偏振对比度 MOIVt) ZY  
 透射率 4&~*;an7  
 效率一致性 86o'3G9@  
 线格结构的应用(金属) 8JO(P0aT  
d-]!aFj|U  
3. 建模任务： 4 @9cO)m  
li~=85 J  
4. 建模任务：仿真参数 `oE.$~'  
<-Ax)zE  
偏振片#1: #Vm)wH3  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 ]oC7{OoX  
 高透过率(最大化) S @)P#  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) ck8Qs08  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) ?;go5f+X  
偏振片#2: +ZRm1q  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 g;y*F;0@  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 M!\6Fl{ b  
 光栅周期：100nm JOki4N  
 光栅材料：钨 QmsS,Zljo  
_%aT3C}k  
5. 偏振片特性 {|Fn<&G  
4{" v  
 偏振对比度：(要求至少50:1) SN#N$] y5s  
0#F<JsO|u  
yGb^kR}d  
SLud}|f;o  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) lq27^K  
@Lm(bW  
?/KkN3Y_j[  
JZD&u6tB   
6. 二维光栅结构的建模 .r-kH&)"GU  

A2B]E,JMp  
w)gMJX/0yw  
 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。 ]tEH`Kl  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 vu/P"?F  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 hHsO?([99  
?qtL*;  
bj 0-72V  
1ka58_^  
7. 偏振敏感光栅的分析 ]@sLX ek  

4eS(dPI0  
 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。 2>inyn)S  
 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) 5%R$7>`Z  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 m pM,&7}  
8. 利用参数优化器进行优化 ~"vRH  

6;}FZ  

6x! q  
 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。 Il<ez
D{  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 H=_k|#/  
 在该案例种，提出两个不同的目标： [b@9V
_  
 #1:最佳的优化函数@193nm w Yr M2X@  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 %XZdz=B  
*lp{,  
9. 优化@193nm "H)D~K~*  
&$_#{?dPt  
 初始参数： M{U7yE6*j*  
 光栅高度：80nm " G0HsXi  
 占空比：40% 5E\&O%W"  
 参数范围： #^<Rx{  
 光栅高度：50nm—150nm eHI7= [h  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) WR4\dsgCU  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 |",/  
QgW4jIbx  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 {;
Y2O.lV  
 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。 :8Jn?E (36  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Q 1e hW  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 gA:N>w&<X  
EX,)MU  
10. 优化@193nm结果 E3o J
;E  
n4Eqm33  
 优化结果： \Y}neh
xG@  
 光栅高度：124.2nm  Q ,)}t  
 占空比：31.6% )I9Wa*I  
 Ex透过率：43.1% 28PT19&  
 偏振度：50.0 Q::6|B,G  
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。 L\H,cimN  
Q:!.YSB  
 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。 '-m )fWf  
 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。 HESORa;  
 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。 rz3!0P
!"K  
:g=z}7!s  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 N6_<[`  
S,TK;g
 
@-Js)zcl q  
 初始参数： `O|PP3S  
 光栅高度：80nm WD,iY_'7u^  
 占空比：40% Ok&u4'<  
 参数范围： o w<.Dh  
 光栅高度：50nm—150nm ~Fd<d[b?  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 6@@J>S>  
 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% rN%aP-sa<  
'X(G><R9  
 优化结果： VXtW{*{"  
 光栅高度：101.8nm @I^LmB9*  
 占空比：20.9% #x;i R8^
  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） @SV.F  
 偏振对比度：50.0 8P'zQ:#RV  
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。 lnoK.Vk9,  
SMdQ,n1]  
12. 结论 b:uMON,H  
DpaPRA)x  
 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) G&/RJLX|w  
 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 &\, ZtaB  
(如Downhill-Simplex-algorithm) 'rwnAr  
 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。 *@2?_b}A ^