[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） :n%&  
`v2Xp3o4f  
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。 0[7"Lhpd  
N6%L4v8-}X  
1. 线栅偏振片的原理 6UqDpL7^U  
A2P.5EN  
2. 建模任务 N'pYz0_H  

?@6Zv$vZ  
|BD2=7,z  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 pXA|'U5]  
 偏振元件的重要特性： Wdj|RKw  
 偏振对比度 _[wG-W/9R  
 透射率 t"MrrK>T  
 效率一致性 =OTu8_ d0t  
 线格结构的应用(金属) FNo.#Z5+b  
6 Pdao{P  
3. 建模任务： :$P1ps3B  
?papk4w  
4. 建模任务：仿真参数 Np$ue }yr  
Y'+KU/H  
偏振片#1: `/B+  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 -q?
,  
 高透过率(最大化) HTm`_}G9  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) VG50n<m9  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) s |o(~2j  
偏振片#2: >>8{N)c5E  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 WfTl\Dxw  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 z*cKH$':  
 光栅周期：100nm g+?2@L$L  
 光栅材料：钨
&!wtH  
xNLgcb@v>  
5. 偏振片特性 e:T9f('  
$IdU  
 偏振对比度：(要求至少50:1) ,;<M+
V3+  
vM:c70=  
qT#NS&T!-  
7>AMzNj  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) Ev3,p`zS._  
]A1'+!1$  
i4M%{]G3Y  
-uhVw_qq#  
6. 二维光栅结构的建模 E, oR.B  

+NeoGnj  
#GUD^#Jh  
 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。 7E5=Qx  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 tOo\s&j  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 }2Y`Lr  
(io[O?te  
2~V"[26t
 
K=pG,[ChA  
7. 偏振敏感光栅的分析 z2#k/3%o=  

:0bjPQj  
 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。 8~|v:qk  
 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) ]x%sX|Rj  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 lfr^NxOU  
8. 利用参数优化器进行优化 
1Cw$^jd  

K;>9K'n  

OXB 5W#$  
 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。 b%d,X-3  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 Q~KzcB<  
 在该案例种，提出两个不同的目标： ZzP&Zrm  
 #1:最佳的优化函数@193nm e-VGJ
xR  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 ]c]^(C  
9XUk.Nek  
9. 优化@193nm v`p@djM  
XQtV$Lw  
 初始参数： ZQ'|B  
 光栅高度：80nm !HeQMz  
 占空比：40% XK;Vu#E*^  
 参数范围： D'^UZZlI^I  
 光栅高度：50nm—150nm ]!s@FKC{;  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) K1&t>2=%  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 |C0!mU  
EZT 8^m  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 m9\~dD  
 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。 f>&*%[fw  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 {CFy %  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 j8^zE,Z  
]
K%d   
10. 优化@193nm结果 8I<j"6`+Q  
#nmh=G?\Sm  
 优化结果： pOhjq#}  
 光栅高度：124.2nm +6^hp-G7  
 占空比：31.6% ,kl``w|1M  
 Ex透过率：43.1% |qU~({=b  
 偏振度：50.0 ~ftR:F|9  
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。 -M4VC^_  
Zcg-i:@  
 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。 ID<[=es6  
 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。 ]u:Ij|.'y0  
 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。 EiyHZ  
Z>dvth  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 \XfLTv  
D z[,;  
*qxv"PptX  
 初始参数： Gh<#wa['}  
 光栅高度：80nm qca=a}  
 占空比：40% ZS`9r16@b  
 参数范围： b'vIX< g  
 光栅高度：50nm—150nm ;wZplVB7y  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) $bN_0s0:
'  
 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% ;1>V7+/  
st>%U9  
 优化结果： iP1yy5T  
 光栅高度：101.8nm |3hNTH?  
 占空比：20.9% m6Qm }""  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） iRM ?_
|  
 偏振对比度：50.0 p<y\^a  
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。 Qtt3;5m  
<oSx'_dc  
12. 结论 .&h|r>*|J  
qa4j>;  
 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) >LB*5  
 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 $&i8/pD  
(如Downhill-Simplex-algorithm) J<&?Hb*|  
 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化，并满足独立的要求。 6=*n$l#}