[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） t/c)[l hV  
MmW]U24s  
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。 %5Zhq>  
.t
zQ hd>  
1. 线栅偏振片的原理 hOr4C4  
BUU ) Sz  
2. 建模任务 xX\A&9m  

qR^i5JH}u  
HC RmW'  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 g*$yUt  
 偏振元件的重要特性： ?#J;\^  
 偏振对比度 o(Q='kK  
 透射率 AxiCpAS;J  
 效率一致性 Yzih-$g  
 线格结构的应用(金属) )WbE -m  
fK5iOj'Q  
3. 建模任务： JA "  
FfibR\dhY  
4. 建模任务：仿真参数 4FcY NJq  
W-ol*
S  
偏振片#1: V w5@)l*f  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 M6
*8}\  
 高透过率(最大化) D
|"^ :Gi  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) eS;W>d  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) Wf9K+my  
偏振片#2: p&cJo<]=LE  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 W4rh7e4  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 -"w&g0Z  
 光栅周期：100nm 0rilg  
 光栅材料：钨 g?e-D.pSF  
z1~FE  
5. 偏振片特性 K&%YTA  
'DCB 7T8  
 偏振对比度：(要求至少50:1) SkMBdkS9z[  
br7_P1ep  
<UBB&}R0  
%^<A`Q_  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) uz@WW!+o  
U66zm9 3&  
0?\d%J!"S  
]?j[P=\  
6. 二维光栅结构的建模 Avo"jN*<d  

vV /fTO  
a3(q;^v  
 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。 @
P xX]e  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 >Wr  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 Mf.:y  
P] 9-+  
U\`H0'  
X?Z#k~JR  
7. 偏振敏感光栅的分析 jBnvu@K"  

2:D1<z6RQ  
 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。 CsW*E,|xyP  
 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) qC$h~Epp4  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 "T'?Ah6  
8. 利用参数优化器进行优化 mp+lN:  

,K[
}Bz  

Q.`O;D}x  
 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。 o9D]\PdL>  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 zMmVYx  
 在该案例种，提出两个不同的目标： Q]2v]PJ6"  
 #1:最佳的优化函数@193nm WMXk-?v4  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 c!}f\ ]D  
K#oF=4_/|  
9. 优化@193nm X4}Lg2ts  
OBJk\j+Wi  
 初始参数： <j$n7#qk  
 光栅高度：80nm U,)@+?U+h  
 占空比：40% iPoDesp  
 参数范围： jM DG  
 光栅高度：50nm—150nm ;\N${YIn  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) X1{U''$ K  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 >"q~9b A  
)./
'`Mx?  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 h(VF  
 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。 FtL{f=  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 %T:7I[f  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 ^@0-E@ {c  
0/Wo":R:  
10. 优化@193nm结果 /\&Wk;u3  
"O,TL*$  
 优化结果： 09>lx$  
 光栅高度：124.2nm -8r9DS-/W  
 占空比：31.6% q
[w.[]  
 Ex透过率：43.1% Q~p[jQ,4wZ  
 偏振度：50.0 |p7k2wzN  
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。 \.7O0Q{  
E6NrBPm  
 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。 R^=)Ucj  
 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。 /K./k!'z  
 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。 q:D!@+U  
z|gG%fM  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 ^%qhE8  
^,.G<2Kx&  
+o\s |G|l  
 初始参数： 8O5@FU 3  
 光栅高度：80nm j4B|ktf  
 占空比：40% -}O>m}l  
 参数范围： wEImpsC`  
 光栅高度：50nm—150nm _+\hDV>v  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 1li1&  
 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% D>c-h)2|
 
%)K)h&m  
 优化结果： Q*+_%n1 /  
 光栅高度：101.8nm H' [#x2  
 占空比：20.9% > CPJp!u  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） '
h6Vj6  
 偏振对比度：50.0 /}Z0\,  
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~2[5q%/  
S}rW=hO  
12. 结论 N8>;BHBV!  
ir4uy  
 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) Z~-A*{u?  
 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 96.A8o
 
(如Downhill-Simplex-algorithm) DfCo=  
 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。 sH>Z{xjr