[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） H's67E/>*  
<_MQC  
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。 H7"I+qE-G  
IGql^,b  
1. 线栅偏振片的原理 XPzwT2_E  
`a:@[0r0U  
2. 建模任务 i>T{s-3v  

xpFu$2T6P.  
)aquf<u@  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 *ok89ad  
 偏振元件的重要特性： 3Q[]lFJ}F  
 偏振对比度 *we3i  
 透射率 fJOU1%  
 效率一致性 0"u*Kn  
 线格结构的应用(金属) dz5bW>  
/j -LW1:N  
3. 建模任务： _@sqCf%|  
6,_CLM  
4. 建模任务：仿真参数 3w{4G<I  
8c+i+g
p!  
偏振片#1: *|$s0ga C  
 偏振对比度不小于50@193nm波长  2b1LC!'U  
 高透过率(最大化) ;^}cZ  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) o'myo.k{  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) {FQ dDIj#  
偏振片#2: FlVGi3  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 #zrD i  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 2|EHNy!  
 光栅周期：100nm RZ
|s[bU  
 光栅材料：钨 1$@k@*u\  
A &w)@DOe  
5. 偏振片特性 &[S)zR=?  
y+Q!4A  
 偏振对比度：(要求至少50:1) E_WiQ?p   
o [ar.+[  
OD>-^W t;%  
QwOQS %  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) bL *;N3#E  
`mw@"  
Ofqe+C  
}}grJh>tGg  
6. 二维光栅结构的建模 6xnJyEQUM  

q7 Uu 8JXF  
SL%4w<  
 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。 2)[81a  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 34JkB+#a  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 <%pi*:E|  
,dBtj8=  
BH
ZGQm  
Y0|~]J(B  
7. 偏振敏感光栅的分析 %<1fj#X8  

s_`wLQ7e  
 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。 HaB=nLAT  
 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) EW2e k^  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 U0jq.]P  
8. 利用参数优化器进行优化 vU{ZB^+&6o  

)4GfT  

1Lj\"+.  
 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。 Ta/G  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 YqNhD6  
 在该案例种，提出两个不同的目标： Qg9{<0{u  
 #1:最佳的优化函数@193nm ~&B_ Bswf  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 webT
 
A|RAMO@le  
9. 优化@193nm 0C3Yina9 *  
0" R|lTYq  
 初始参数： %5F=!(w  
 光栅高度：80nm V3@^bc!  
 占空比：40% dhm;  
 参数范围： ctt5t  
 光栅高度：50nm—150nm & NOKrN~HX  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) iy$]9Wf6=@  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /#>?wy<s~  
X/gh>MJJ<  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 qY14LdC}~  
 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。 d8]6<\g  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 =9pFb!KX  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 xO?~@5  
r T*:1  
10. 优化@193nm结果 :4Q_\'P  
7!MW`L/`  
 优化结果： d6hWmZVC  
 光栅高度：124.2nm !(SaE'  
 占空比：31.6% GVEjB;  
 Ex透过率：43.1% 3)Paf`mr  
 偏振度：50.0 ,C=Fgxw(  
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。 \n<N>j@3  
{Lq uOC1  
 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
?p^DPo  
 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。 Y=}b/[s6;  
 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\x!Be;6Z.  
@9vz%1B<l  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 /6 P()Upe  
H3a}`3}U  
CH9#<?l  
 初始参数： j/^0q90QO  
 光栅高度：80nm _Dk;U*2  
 占空比：40% 2]>s@?[  
 参数范围： w #1l)+  
 光栅高度：50nm—150nm lZ_i~;u4@v  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ?"sk"{  
 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% 7Bmt^J5i&t  
$,h*xb.  
 优化结果： {SROg;vA  
 光栅高度：101.8nm i 3?zYaT  
 占空比：20.9% H%])>   
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） z ^a,7}4  
 偏振对比度：50.0 oPWvZI(\&  
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。 urog.Q  
t
b@/E  
12. 结论 *5|\if\  
M>T#MDK\(  
 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) &1
B)mj  
 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[jA
Ar$  
(如Downhill-Simplex-algorithm)
40q8,M  
 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。 c]xpp;%]