[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） A$5!]+  
.d8~]@U!<  
该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化，紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能，如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 Y.}n,y|J}  
E4{^[=}  
1. 线栅偏振片的原理 #[i({1`^L  
,$*IJeKx  
2. 建模任务 .79'c%3}  

`[:f;2(@  
sxuYwQ  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ^(6.M\Q  
 偏振元件的重要特性： P"xP%zqo  
 偏振对比度 UnO -?  
 透射率 RWoa'lnu  
 效率一致性 s\KV\5\o  
 线格结构的应用(金属) Nz]\%c/-  
U,+=>ns>  
3. 建模任务： )P,jpE8  
(^6SF>'  
4. 建模任务：仿真参数 ,m:MI/)p  
4~Z\tP|Q.  
偏振片#1: c5t?S@b  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 0&w.QoZY(  
 高透过率(最大化) 43(+3$VM7  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) H>W A?4  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) my*/MC^O  
偏振片#2: .IG(Y!cB  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 g@S"!9[;U  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 py,z7_Nuh  
 光栅周期：100nm JM!o(zbt  
 光栅材料：钨 9 s>JdAw?  
p~M^' k=d  
5. 偏振片特性 p'_*>%4~  
#^eviF8  
 偏振对比度：(要求至少50:1) pET5BMxGG  
.ipYZg'V  
,c7 8O8|  
XRaq\a`=:  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ^TDHPBlG  

sYp@.?Tz  
R[Pyrs!H  
a|66[  
6. 二维光栅结构的建模 tTP"*Bb  

^Dd$8$?[  
oU{m
\r  
 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。 /tV)8pEj  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 yyBy|7QgO  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 :}j{NM#  
wLNO\JP'  
o,u-%  
$%sOL( r  
7. 偏振敏感光栅的分析 8wwD\1pLS  

5]gd,&^?>  
 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_VP(Fe@K  
 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) k+%6:r,r&  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。  &grT}  
8. 利用参数优化器进行优化 Q7f\ 5QjT  

Bm.%bA>  

O~w&4F;{  
 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。 d
Rt]9gIsx  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 +MXI;k
_  
 在该案例种，提出两个不同的目标： #=+d;RdlW  
 #1:最佳的优化函数@193nm *qGxQ?/  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 4Yx?75/  
41,Mt  
9. 优化@193nm P b2exS(  
7pmhH%Dn$  
 初始参数： lcyan  
 光栅高度：80nm IU/dY`J1  
 占空比：40% vA:1z$m  
 参数范围： $^d,>hJi  
 光栅高度：50nm—150nm WOR~tS
 
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) fY$M**/,  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 Xk
OsnI8n  
;#cb%e3  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 : xB<Rq  
 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。 x.~Z9j  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 fD]}&xc  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 8`kK)iCq  
i\2~yX
w\  
10. 优化@193nm结果 D
NC2]kS<  
@9-z8PyF  
 优化结果： $9j\sZ
j&  
 光栅高度：124.2nm x{j|Tf3,G  
 占空比：31.6% Kbrb;r59  
 Ex透过率：43.1% ,QdUfM  
 偏振度：50.0 O2-9Oo@#,  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 v&D^N9hy9  
uL\ B[<:  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 w?Cqe N  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 7q^osOj"  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 :q<8:,rP  
V^As@P8,'(  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 F/IXqj  
xJ:15eDC  
%!mJnc%  
 初始参数： I>B-[QEC  
 光栅高度：80nm 2I* 7?`  
 占空比：40% d@<(Z7|  
 参数范围： yF0\$%H>$  
 光栅高度：50nm—150nm D4$;jz,,  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ! av B&Z  
 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% !-_0I
:m  
5IE2&V  
 优化结果： Ep>3%{V  
 光栅高度：101.8nm
[I^>ji0V  
 占空比：20.9% & gnE"  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） DpI)qg#>V  
 偏振对比度：50.0 *Fi`o_d9[`  
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。 %QCh#v=ks  
ELZCrh6*  
12. 结论 4Z12Z@A#7  
B"ZW.jMaI  
 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) )7l+\t  
 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 lTBPq?4{  
(如Downhill-Simplex-algorithm) f 0A0uU8y  
 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。 p%pM3<p