[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） gHp*QL\?9  

Y+UJV6  
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。 PMpq>$6b7  
YR*gOTD  
1. 线栅偏振片的原理 y]0O"X-G  
Hf@4p'  
2. 建模任务 IJ&Lk=2E]  

>7PQOQMW'
 
g{Al
:}u>  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 o0]YDX@T  
 偏振元件的重要特性： T{k_3[{0o  
 偏振对比度 0\{dt4nW&O  
 透射率 :Y\ ~[Y  
 效率一致性 l)vC=V6MG  
 线格结构的应用(金属) |y[I!JdR  
60vmjmXl  
3. 建模任务： N.vWZ7l8  
*{vH9TO  
4. 建模任务：仿真参数 Ig t*8px  
Cd_@<  
偏振片#1: UuWIT3W>%  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 Yr/$92(  
 高透过率(最大化) )b #5rQ  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) Tj#S')s8  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) 2+rT .GFc  
偏振片#2: v*?8:>:}  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 le\-h'D  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 S(Afo`  
 光栅周期：100nm 'RV96lX<  
 光栅材料：钨 wn5OgXxG<  
]JjS$VMauX  
5. 偏振片特性 7DJEx~"!2-  
PPB/-F]rr  
 偏振对比度：(要求至少50:1) hm1s~@oEm  
hK3-j;eg  
]]PNYa  
A.vAk''(}+  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) Tse#{  
Gu*y7I8  
; R}>SS'  
+PjTT6  
6. 二维光栅结构的建模 e'.BTt58Y  

5G}4z>-]F)  
=O }^2OARo  
 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。 V|MHDMD=  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 F<,pAxl~@  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 Nn[*ox#i  
EwzR4,r\M  
?Fl}@EA#M  
&))d],t
JX  
7. 偏振敏感光栅的分析 PaI\y!f  

->b5"{t  
 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。 Ojc Tu  
 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) Vc(4d-d5  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 o1ZVEvp  
8. 利用参数优化器进行优化 !0,q[|m  

~a([e\~  

i wgt\ux.  
 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。 z< L2W",  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 eP@#I^_  
 在该案例种，提出两个不同的目标： 1%+-}yo<  
 #1:最佳的优化函数@193nm 4=^_VDlpd  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 SUc%dpXZa  
0V
1GX~2  
9. 优化@193nm @:}c(j  
Hh1_z
d|  
 初始参数： ='h2z"}\Bn  
 光栅高度：80nm @wR3L:@  
 占空比：40% Y)1/fEM  
 参数范围： 61S;M8tNv  
 光栅高度：50nm—150nm e'K~WNT  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 5skN'*oG  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /TpTR-\I0  
<gF]9%2E  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 Vgm'&YT  
 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。 'dKfXYY1`N  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 |T|m5V'l  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 /Q;wz!V$  
b(0<,r8  
10. 优化@193nm结果 e34>q:#5l  
qq5X3K2&  
 优化结果： XDY]LAV  
 光栅高度：124.2nm g$K\rA  
 占空比：31.6% KoERg&fY  
 Ex透过率：43.1% l{[@Ahb}?  
 偏振度：50.0 |`LH|6/  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 'zI(OnIS  
l8oaDL\f  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 ?8-Am[xH  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 " @D  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 Y*NzY*V\  
''nOXl  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 ).71gp@&  
<F7a!$zQ  
\4N8-GwZQ  
 初始参数： RNk|h  
 光栅高度：80nm UMGiJO\yH  
 占空比：40% VhO%4[Jl  
 参数范围： g+#awi7  
 光栅高度：50nm—150nm MKBDWLCB  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) &&
&-P\3  
 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% +u$l]~St\  
m{Q #f\<  
 优化结果： @ZJL
]TO  
 光栅高度：101.8nm 2o SM|  
 占空比：20.9% lb_N"90p  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） ,#)d  
 偏振对比度：50.0 "8f4s|@3  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 I\mF dE  
~[%CUc"  
12. 结论 E=8'!  
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.;6}\o  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) }-oba_  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 3}|[<^$  
(如Downhill-Simplex-algorithm) {+J{t\`  
 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。 ^QS`H@+Z