[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） e|&6$A>4]  
_UT$,0u_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。 4#5:~M }  
-jn WZ5.  
1. 线栅偏振片的原理 zoDH` h_  
hgLj<  
2. 建模任务  ;b`[&g  

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\MK*by  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 F:D orE  
 偏振元件的重要特性： {5d9$v7k4  
 偏振对比度 cuK,X!O  
 透射率 Ndo a4L)$  
 效率一致性 K{ \;2M  
 线格结构的应用(金属) f{"8g"[[)(  
7C$ 5  
3. 建模任务： p
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K8rb  
4. 建模任务：仿真参数 j:}DBk  
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偏振片#1: O/.Uh`T`6  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 ?W(6  
 高透过率(最大化) %0$qP0|`3I  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) { .*y  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) Z0`T\ay  
偏振片#2: &AlJ "N|  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 % ,N<  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率  P\]B<  
 光栅周期：100nm 6<'rG''  
 光栅材料：钨  Y!WG)u5  
Fbu5PWhlc  
5. 偏振片特性 PG8^.)]M  
?-tVSRKQ  
 偏振对比度：(要求至少50:1) MwfOy@|N  
>7roe []-|  
$2<d<Um~z  
BW"&6t#kA  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) }hYZ" A~  
<BO)E(  
,=aJVb=C  
>(y<0   
6. 二维光栅结构的建模 _;4 [Q1  

.TE?KI 
  
%?aS#4jI  
 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。 G[8in  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 >6oOZbUY0  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 p-%|P]&  
~>0qZ{3J_  
<" @zn  
H"Klj_<dH0  
7. 偏振敏感光栅的分析 yQ3OL#  

}<z_Q_b+e  
 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。 U:MPgtwe  
 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) XX1Il;1G#  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 peJKNX.!q  
8. 利用参数优化器进行优化 XyMG.r-,  

DI`%zLDcY  

saU]`w_Z*  
 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。 lCF`*DM#  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 1xU3#b&2tC  
 在该案例种，提出两个不同的目标： ^'p|!`:  
 #1:最佳的优化函数@193nm +[J/Zw0{  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 vA)O{W\o  
P/JK$nb  
9. 优化@193nm pxSX#S6I  
U$H@ jJ*  
 初始参数： -`f04_@>d  
 光栅高度：80nm ]#/4Y_d  
 占空比：40% l%Gw_0.?e  
 参数范围： @HBEt^!  
 光栅高度：50nm—150nm M0|'f'  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 5j0{p$'9  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /H:I 68~  
jKZt~I  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 >xA),^ YT  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 Z?J:$of*  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 >/<:Q  &  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 ^v9|%^ug  
]O{u tm  
10. 优化@193nm结果 W>M~Sk$v  
g(O;{Q_  
 优化结果： +%N KQ'49I  
 光栅高度：124.2nm Pv<FLo%u<  
 占空比：31.6% iqhOi|!  
 Ex透过率：43.1% *2}O-e  
 偏振度：50.0 M[~{Vd  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 `]$?uQ  
x'Pi5NRE  
 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。 kCUT ^  
 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。 aTGdmj!  
 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。 7ou46v|m5  
91of~ffh  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 e75UMWaeC  
0aR,H[r[?  
Gjz[1d  
 初始参数： P6Bl *@G  
 光栅高度：80nm 2JmZ
{  
 占空比：40% z"DkFvA  
 参数范围： )a=/8ofe  
 光栅高度：50nm—150nm bg?"I
Lpk  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) xx*2?i  
 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% V 'X;jC  
v&g0ta@
 
 优化结果： (1pEEq84  
 光栅高度：101.8nm %Y4e9T
".  
 占空比：20.9% 7:h!Wj-a]  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） J N
C  
 偏振对比度：50.0 lEPAP|~uw  
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。 [O-sVYB  
d~ng6pA  
12. 结论 {+("C] b  
>+cVs:  
 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) %'L;FPxB  
 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 (I{ $kB"p  
(如Downhill-Simplex-algorithm) %up}p/?  
 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。 &[?CTZ