[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） JO7IzD\
  
N!"GwH  
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。 5HL JkOV5  
+tkd($//  
1. 线栅偏振片的原理 VrO$SmH  
v[r:1T@  
2. 建模任务 G+b$WQn2t  

/ vje='[!  
Zu\#;O   
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 <5[wP)K@  
 偏振元件的重要特性： k'%c|kx8U  
 偏振对比度 xJ>hN@5}i  
 透射率 Fdu0?H2TL  
 效率一致性 G5=(3V%  
 线格结构的应用(金属) zi[bpa17W  
*-_` xe  
3. 建模任务： `z5j  
(rZq0*  
4. 建模任务：仿真参数 Cl<`uW3  
vT%rg r  
偏振片#1: I^M3>}p  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 8,dCx}X  
 高透过率(最大化) kZ`60X%w
E  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) 5[X^1
 
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) !&SUoa  
偏振片#2: TDtk
'=;  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 bU2)pD!N  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 N;-+)=M,rf  
 光栅周期：100nm %>xW_5;Z  
 光栅材料：钨 evg i\"  
#hR}7K+@  
5. 偏振片特性 }#EiL !Pv  
fgn*3 pg  
 偏振对比度：(要求至少50:1) e#kPf 'gL  
./5|i*ow  
X_Y$-I$qd  
&ks>.l\  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ^"6xE nA]  
kfm8F8sxl  
0 "pm7  
c0!bn b  
6. 二维光栅结构的建模 OYG8%L  

{U^mL6=&v  
|;rjr_I  
 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。 _jU6[y|XLh  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 O+.V,`O  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 -U%wLkf|  
<&l3bL  
}Ax$}#  
SAThY$)6  
7. 偏振敏感光栅的分析 JsfbY^wz  

8C4Tyms  
 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。 Z9=Cw0( w?  
 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) E# e=<R  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 lOd[
8|/  
8. 利用参数优化器进行优化 ':o.vQdJ  

x3wyIio*  

K Qub%`n  
 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。 ZW+{<XTof4  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 QnaMjDh$6  
 在该案例种，提出两个不同的目标： 4"l(rg  
 #1:最佳的优化函数@193nm `'Z ;+h]  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 )_xM)mH  
nV:.-JR  
9. 优化@193nm lmr{Ib2a  
H[]j
6D  
 初始参数： eSa ]6  
 光栅高度：80nm xOTm-Cm9L  
 占空比：40% ?>RJ8\Sj  
 参数范围： 8.Y6r  
 光栅高度：50nm—150nm [.Kia >  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 2{+\\.4Evk  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 .~W7{SY[  
wQM(Lm#Q  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 %@H;6   
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 %I6iXq#  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Q CfA3*  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 rf)\:75  
@zd)]O]xH?  
10. 优化@193nm结果 Gt6$@ji4u  
$ZQPf  
 优化结果：  U]e;=T:3  
 光栅高度：124.2nm A`X$jpAn&  
 占空比：31.6% 8 A%)m  
 Ex透过率：43.1% 9-bDgzk   
 偏振度：50.0 Fm[,u  
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。 5G\vV]RR&  
$qIMYX  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 _5.7HEw>/  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 s=U_tfpH  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 -fG;`N5U  
mI"|^!L  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 oWx! 'K6]V  
=C<_rBY  
5p=T*Y  
 初始参数： T:na\y/{j  
 光栅高度：80nm G'{4ec0<{  
 占空比：40% <5C3c&sds  
 参数范围： 9O@eJ$  
 光栅高度：50nm—150nm 6PvV X*5T  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ^(UL$cQ>  
 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% =GnDiI  
q\mVZyj  
 优化结果： LRB#|PW  
 光栅高度：101.8nm 
uv9cOd  
 占空比：20.9% /0"Y. @L  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） _Y}(v((;  
 偏振对比度：50.0 ]_F%{8|  
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。 lm]4zs /A  
HRPTP+  
12. 结论 uWi+F)GS^K  
 b.C!4^  
 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) pjHUlQ  
 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 Et`z7Q*e  
(如Downhill-Simplex-algorithm) |*OS;FD5  
 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。 m./lrz