[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） Jk7[}Jc$  
vrIM!~*W  
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。 QJ s/0iw  
qN_jsJ  
1. 线栅偏振片的原理 z|SLH<~  
RyxIJJui  
2. 建模任务 8f|  

u]ZCYJ>  
!g~xn2m$R  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ,saf"Ed=  
 偏振元件的重要特性： Jj'~\j  
 偏振对比度 E$rn^keM  
 透射率 2,<!l(X  
 效率一致性 w]\O3'0Js  
 线格结构的应用(金属) #.%;U' #O  
TlZ|E '_C  
3. 建模任务： .)mw~3]  
@Tzh3,F
2  
4. 建模任务：仿真参数 ,.fGZ4  
gKS0!U  
偏振片#1: J%_ :A"  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 F 3}cVO2bY  
 高透过率(最大化) *Oo2rk nQ  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) Z%MP:@z  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) l23#"gGb  
偏振片#2: X4Eq/q"  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 NQ%lwE~  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 [3rvRJ.  
 光栅周期：100nm w.Ft-RXA W  
 光栅材料：钨 H5=-b@(  
(3"V5r`*;  
5. 偏振片特性 W04-D
 
Pd\S{ Y~wk  
 偏振对比度：(要求至少50:1) #G
s] u  
^'C1VQ%  
z}N=Oe  
;Zc(qA  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) Wgdij11e  
QE$sXP7&u  
+kQ$X{+;8  
0\Qqv7>  
6. 二维光栅结构的建模 Q5/".x^@  

zD-.bHo>.  
$ T.c>13  
 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。 6<R!`N 6  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 Dw?nf  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 NS;,(v{*N  
/e6\F7  
/N7j5v(  
u:3~Ius  
7. 偏振敏感光栅的分析 x\GCsVy  

c Q|nL  
 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。 SI)u@3hl&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) *obBo6!zM  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 |28z4
.  
8. 利用参数优化器进行优化 ,D3?N2mB  

\;}F6g  

7g cr$&+e  
 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。 vu;pILN  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 a8FC#kfq  
 在该案例种，提出两个不同的目标： egxh  
 #1:最佳的优化函数@193nm ksT2_Ic  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 ne4hR]:  
$uF}GP_)  
9. 优化@193nm Z~ VOO7|m  
k/?5Fs!#  
 初始参数： x-+Hy\^@|  
 光栅高度：80nm gh|TlvnA  
 占空比：40% pM=@  
 参数范围： |vw0:\/H  
 光栅高度：50nm—150nm %,E\8{I+  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 0{j]p^'<  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 Jc"xH~,  
(4LXoNT  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 eYMp@Cx  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 T$)&8"Xya  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 F$7>q'#  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 @-Tt<pl'L  
-uXf?sTV  
10. 优化@193nm结果 9^,MC&eb  
'.r_6X$7Jt  
 优化结果： qR/~a  
 光栅高度：124.2nm lO! Yl:;m%  
 占空比：31.6% c"Ddw'?e  
 Ex透过率：43.1% A}v!vVg  
 偏振度：50.0 GuPxN}n 5  
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。 $8vZiB!"  
eW,{E)x:  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 d _)5Ks}  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 dE~]%fUFy-  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 mN?y\GB  
D^8]+2r  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 >7i&(6L  
Jw3VWc ]]  
z{Z4{&M  
 初始参数： 7yM=$"'d  
 光栅高度：80nm oJb${k<3  
 占空比：40% )voJq\Y)%  
 参数范围： Is1P,`*!  
 光栅高度：50nm—150nm d$qivct  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) /.P9n9  
 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% Wu3or"lcw*  
m:&go2Y  
 优化结果： Cw6\'p%l-\  
 光栅高度：101.8nm (iQ< [3C=  
 占空比：20.9% @+Ch2Lod  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） 3/_rbPr  
 偏振对比度：50.0 Rp.42v#ck  
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。 =rz7x  
.n$c+{  
12. 结论 dRj2%Q f  
4z<nJOEh[  
 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) by07l5
 
 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 t5O '7x  
(如Downhill-Simplex-algorithm) 6mp8v`b  
 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。 ) uM*`%