[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） rO
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p<e~x/@m*  
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。 _: K\v8  
}Jfo(j  
1. 线栅偏振片的原理 P0=F9`3wb  
rg~CF<  
2. 建模任务 Tp13V.|  

nj$K4_  
3>6o=7/PU  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 qQ_QF
 
 偏振元件的重要特性： qT4s*kqr  
 偏振对比度 Y)`+u#` R  
 透射率 ?Dm&A$r  
 效率一致性 yNL71>w4  
 线格结构的应用(金属) <9~qAq7^  
]'q<wPi  
3. 建模任务： rpmDr7G  
P'8E8_M}  
4. 建模任务：仿真参数 /slML~$t<  
4Q5v8k=  
偏振片#1: -,&Xp>u\  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 T_WQzEL^  
 高透过率(最大化) }UrtDXhA  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) |.A>0-']M  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) Qp
,l>k  
偏振片#2: _c2#  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 FcA0 \`0M  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 kXWx )v  
 光栅周期：100nm V_* ^2c)  
 光栅材料：钨 +,lD_{}_  
-)@.D>HsOt  
5. 偏振片特性 rxARJso  
qJ@?[|2R  
 偏振对比度：(要求至少50:1) _,^sI%  
H &JKja}`  
? &O$ayG77  
sAN#j {  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) !NCT) #G`  
HD ~9EK~  
qU}DOL|  
4]bTO  
6. 二维光栅结构的建模 E !8y|_(j  

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AZa3!e/1  
 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。 C N"c  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 MD7[}cB  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 }/VHeHd  
ezn>3?S  
7XNfH@  
D&shrKFx  
7. 偏振敏感光栅的分析 { at; U@o  

II91Ia  
 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。 B:4u2/!5  
 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) n>HNpy  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 4v>V7T.  
8. 利用参数优化器进行优化 _KFKx3<m!  

vzw\f  

sR6(8  
 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。 `Ao:}  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 t]x HM  
 在该案例种，提出两个不同的目标： ;Y"J j  
 #1:最佳的优化函数@193nm J
.<m@\U  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 Z9U*SS5s,  
=N=,;<6%A  
9. 优化@193nm /Yh8r1^2tZ  
Ur`v*LT}~  
 初始参数： -K jCPc  
 光栅高度：80nm Pc3u`QL?  
 占空比：40% *=v RX!sI,  
 参数范围： M(|gfsD  
 光栅高度：50nm—150nm 7-5q\[ZK  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) `#R$  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 g5E]o)  
p})&Zl)V  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 2d._X$fx7  
 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。 4=9F1[  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ;cO0Y.V9l  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 aQ)9<LsI  
O/k4W#  
10. 优化@193nm结果 -l\@50,D  
lY1m%  
 优化结果： IQM!dC  
 光栅高度：124.2nm 4nY2v['m0  
 占空比：31.6% =3"Nn4Z  
 Ex透过率：43.1% +LUL-d  
 偏振度：50.0 yR`-rJb V  
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。 1kpI?Plki  
b,cvQD  
 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。 )S%mKdOm $  
 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>G{GQ  
 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。 B4.hJZ5  
[)*fN|Hy  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 }$7Hf+G  
]8mBFr5E9  
&L/C:<.  
 初始参数： j#*K[  
 光栅高度：80nm V=YK3){>A  
 占空比：40% 9orza<#  
 参数范围： u%|VmM>  
 光栅高度：50nm—150nm  oCduY2  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致)
9Dpmp|  
 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% MVdE7P  
g~cWBr%>  
 优化结果： _ pJU~8  
 光栅高度：101.8nm 83S],L  
 占空比：20.9% TWn7&,N  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） Z?GC+hG`  
 偏振对比度：50.0 %(NRH?  
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。 3Mdg&~85  
9u:MF0:W  
12. 结论 (s9?#t6  
)ow3Bl8w  
 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) H fRxgA@  
 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 &o?pZ(\C  
(如Downhill-Simplex-algorithm) vj#gY2qZ  
 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。 b~\![HoCMM