[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） <e"O`*ZJ  
,\Gn  
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。 7cin?Z1  
Rro|P_  
1. 线栅偏振片的原理 =$601r  
X.<_TBos|  
2. 建模任务 
e"(l
 

OD<0,r0f,  
HH+R47%*  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 2%\Nq:;T  
 偏振元件的重要特性： ZxkX\gl91  
 偏振对比度 @!6eRp>Z  
 透射率 {H s""/sb  
 效率一致性 k7P~*ll$  
 线格结构的应用(金属) d{+H|$L`  
:0>wm@qCQ  
3. 建模任务： )3v0ex@Jl  
mLX1w)=r  
4. 建模任务：仿真参数 n m(yFX?=  
AfW63;kH  
偏振片#1: Gxfw!aF~  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 )k0e}  
 高透过率(最大化) i.2O~30ST  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) ?^P#P0  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) ~(Gv/x  
偏振片#2: cAC2Xq  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 awuUaE  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 NWPL18*C  
 光栅周期：100nm Nk=F.fp|/  
 光栅材料：钨 _i~n!v  
.E!7}O6  
5. 偏振片特性 $+Ke$fq.>  
`*PVFm>  
 偏振对比度：(要求至少50:1) Z:aDKAboU  
ZV}BDwOFI
 
9oS\{[x.  
ie^:PcU  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) B5Rmz&  
T_Q/KhLU  
R[ S*ON  
_v4
TyJ  
6. 二维光栅结构的建模 A$ %5l  

m s\:^a  
evsH>hE^  
 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。 I^/Ugu  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 D2|-\vJ>  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 pr>Qu:  
=wK3\rG  
DCX4!,ZF  
E*IkI))X0  
7. 偏振敏感光栅的分析 O;
 EI&  

#O]F5JB  
 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。 1YR;dn  
 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) H7G*Vg  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 =%Gecj  
8. 利用参数优化器进行优化 cRz7.9-<  

{@g3AG%  

mB;W9[  
 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。 =Y|TShKk  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 jEklf0Z  
 在该案例种，提出两个不同的目标： rS/Q  
 #1:最佳的优化函数@193nm e.G&hJr  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 :BCjt@K}  
N-jFA8n  
9. 优化@193nm !Qrlb>1z-  
)vOZp&  
 初始参数： Eag->mw/~  
 光栅高度：80nm n?@3R#4D3  
 占空比：40% B:ddlxT$  
 参数范围： J5k\R+\H  
 光栅高度：50nm—150nm g]iWD;61  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) gm8L5c V  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ItQIM#  
nlHH}K  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 4 *He<2g  
 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。 bjPI:j*XU  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 3s\2 9gq  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 v[CX-CBZ?  
*Au4q<  
10. 优化@193nm结果 {"y{V  
X"J79?5  
 优化结果： B
9iH+ ]W  
 光栅高度：124.2nm ~6!=_"  
 占空比：31.6% m^U\l9LE  
 Ex透过率：43.1% Slq=
;TDp  
 偏振度：50.0 }CaL:kY8  
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。 y&lj+j  
k<"ZNQm$.  
 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。 x*i5g`jx  
 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。 =Z2U  
 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。 +%
eMm.(  
Cv{rd##Y8  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 nfy"M),et  
$k@reN9  
U?>P6p  
 初始参数： #E5#{bra  
 光栅高度：80nm P_hwa1~d  
 占空比：40% "6 dC  
 参数范围： 9g"a`a?c  
 光栅高度：50nm—150nm PQ@(p%
 
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) U;OJ.a9  
 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% QtkyKR  
iK(n'X5i  
 优化结果： ],>Z'W  
 光栅高度：101.8nm eXnMS!g%Z  
 占空比：20.9% @luv
;X^%  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） p8[Z/]p  
 偏振对比度：50.0 jFw?Ky2  
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。 *M/3
1qI  
}_3<Q\j  
12. 结论 zjM+F{P8  
5Tb93Q@c  
 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) `P)a
tQ  
 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 m]=|%a6  
(如Downhill-Simplex-algorithm) &Dqg<U  
 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。 u` `FD