[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） v#/,,)m  
@K+u+} R  
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。 3t_5Xacj  
a9qZI  
1. 线栅偏振片的原理 O-'T*M>  
Ahwu'mgnC  
2. 建模任务 7olA@;$  

?b7vc^E&  
[R:O'AP}@}  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 K 6Gn  
 偏振元件的重要特性：
(f.A5~e  
 偏振对比度 d*AV(g#B  
 透射率 PCIC*!{  
 效率一致性 .-34g5  
 线格结构的应用(金属) Q@j:b]Y9  
#UI`G3w<  
3. 建模任务： 2'}2r ~6  
x p$0J<2  
4. 建模任务：仿真参数 3
4l=U?  
dJ;;l7":~  
偏振片#1: n&Tv]-  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 4C[gW  
 高透过率(最大化) W ][IHy<   
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) M1>a,va8Zq  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) (J;?eeP  
偏振片#2: =1JRu[&]8  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 6x7=0}'  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 h7w<.zwu t  
 光栅周期：100nm UM]wDFn'E  
 光栅材料：钨 g ` {0I[  
\ lKQ'_  
5. 偏振片特性 GkO6r'MVE  
=0-qBodbl  
 偏振对比度：(要求至少50:1) KWYG\#S0]  
";xEuX  
j)0R*_-B[  
?t"PawBWE  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) bpILiC  
7/yd@#$X  
INT2i8oU  
u`~{:V  
6. 二维光栅结构的建模 sg
 y  

0k>&MkM\^  
!(~>-;A8  
 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。 h^c'L=dR  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 PLyu1{1"z  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 CG7LF  
f:SF&t*  
u rOGOa$  
[4t KJ+v  
7. 偏振敏感光栅的分析 r/v&tU  

^/uGcz|.  
 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。 .s?OKy  
 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) h.^DRR^S  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 oGqv,[$qN  
8. 利用参数优化器进行优化 #+G2ZJxL|  

n\YxRs7 hF  

)X/Faje  
 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。 {P5@2u6S  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 mI0r,Z*+M  
 在该案例种，提出两个不同的目标： ]4yvTP3[Rm  
 #1:最佳的优化函数@193nm ^&.?kJM  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 *J=ol  
a< EC]-nw  
9. 优化@193nm ""d>f4,S  
YPc<  
 初始参数： z,)sS<t(  
 光栅高度：80nm ,A
ii>D]  
 占空比：40% U!5*V9T~J  
 参数范围： m5pVt4  
 光栅高度：50nm—150nm U VKN#"_{  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) =1VH5pVr}  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 * 2%e.d3"M  
u2<h<}Y  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 l/^-:RRNKi  
 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。 uH[0kh  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ^j %UZ  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 Yn>zR I  
'qJ-eQ7e  
10. 优化@193nm结果 I={{VQ  
l,FoK76G  
 优化结果： DcA'{21  
 光栅高度：124.2nm (do=o&9pm  
 占空比：31.6% N -]PK%*  
 Ex透过率：43.1% ]Qr8wa>Z  
 偏振度：50.0 EC'bgFe  
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。 ai4^NJn  
\<B6>  
 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。 m!60.  
 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。 SWb5K0YRn  
 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。 )yW_O:  
]F;]<_  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 2H[aY%1T  
Z!reX6  
--`LP[l
l  
 初始参数： %}XMhWn{  
 光栅高度：80nm #ya|{K  
 占空比：40% x 5Dt5Yp"o  
 参数范围： L0b]^_tI  
 光栅高度：50nm—150nm ;/ KF3 %  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) SsX05>  
 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% 8$UZL  
]a#]3(o]}  
 优化结果： 7 afA'.=  
 光栅高度：101.8nm 5,BkwAr+6[  
 占空比：20.9% ?]D+H%3[$i  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） }]+}Tipd  
 偏振对比度：50.0 *.%)rm  
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。 /%9p9$kFot  
ptyDv  
12. 结论 |~LjH|*M  
1r& ?J.z25  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) [e@OHQM  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 \w[ZY$/  
(如Downhill-Simplex-algorithm) H0n@kKr  
 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。 y'|W['