[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） 1<d|@9?9`  
`f+l\'.s  
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(0";\V  
uO;_T/^u  
1. 线栅偏振片的原理 qx<h rC0Z&  
b)Dzau  
2. 建模任务 r__Y{&IO  

Id;YIycXe  
q\a'pp9d  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 Kn+m9  
 偏振元件的重要特性： ;UG]ckV-  
 偏振对比度 x*2'I  
 透射率 U<H< !NV  
 效率一致性 |]8Hh>  
 线格结构的应用(金属) ]S#m o  
4` zfrT^  
3. 建模任务： UuvI?D  
-<Zs7(  
4. 建模任务：仿真参数 3G)Wmmh"a  
\5s#9  
偏振片#1: ?go+oS^  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 KM;'MlO  
 高透过率(最大化) [exIK  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) _.y0QkwV  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) WbW@V_rr  
偏振片#2: 8Qt'Y9|  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 JD}"_,-  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 251^>x.R  
 光栅周期：100nm ypK1 sw  
 光栅材料：钨 B1!b@0^  
ow{SsX  
5. 偏振片特性 }+4^ZbX+:  
2po>%Cp  
 偏振对比度：(要求至少50:1) Eax^1 |6  
\KJ\>2Y  
-$
js5Gx1  
g-Y2U}&  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) 1JI\e6]I  
~@wM[}ThP$  
<p74U( V  
E1uyMh-dy  
6. 二维光栅结构的建模 zrg#BXj7  

`Z:5E  
U3f a*D  
 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。 ,>rr|O  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ~Yw`w2  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 N5%zbfKM  
RN3-:Zd_X  
]'2;6%.4
 
oS/cS)N20  
7. 偏振敏感光栅的分析 )d\u_m W^  

DFKumw>!  
 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。 7z=zJ4C  
 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) i]@QxzCSF  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ymxYE#q  
8. 利用参数优化器进行优化 [8o!X)  

5D32d1A  

IP 9{vk  
 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。 +v`?
j+6z  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 QKAo}1Pq  
 在该案例种，提出两个不同的目标： 0~5'O[NhF  
 #1:最佳的优化函数@193nm X(Wd  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 !e}LB%zf  
v;q<h  
9. 优化@193nm \[Dxg`;4  
wK_I"  
 初始参数： _djr>C=H"  
 光栅高度：80nm 4\.1phe$a  
 占空比：40% ecoi4f  
 参数范围： s:6pPJL  
 光栅高度：50nm—150nm Nl3@i`;  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ;!JI$_-\  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /=5YHq>  
q^e
4  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 a1
9yw]hF5  
 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。 b0A*zQA_)  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ]5+db0  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 Jv|uI1V  
i,{'}B  
10. 优化@193nm结果 :
+9KNyA  
aP%2CP~_P  
 优化结果： XQW+6LEQ  
 光栅高度：124.2nm ]pZxbs&Vb  
 占空比：31.6% :3z`+5Y*  
 Ex透过率：43.1% 1kG{z;9  
 偏振度：50.0 0'giAA  
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。 cH&-/|N  
(o!v,=# 6{  
 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。 5ayM}u%\~  
 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。 {R2gz]v4  
 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。 7gLN
7_2  

#bqc}h9  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 x:h0/f  
]}3AP!:  
9!u=q5+E  
 初始参数： BI'}  
 光栅高度：80nm mG?g  
 占空比：40% 7r`A6 \
!  
 参数范围： \
"]vSx>  
 光栅高度：50nm—150nm c~@Z  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) YceX)  
 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% 03WLVP@  
y#4f^J!V  
 优化结果： Op&i6V}<s  
 光栅高度：101.8nm mVg$z  
 占空比：20.9% {bxTODt@  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） Sn I-dXNF  
 偏振对比度：50.0 qUH02"z@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，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 *o}LI6_u  
Xknp*(9  
12. 结论 F~;G[6}  
G:W4<w  
 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) \`H"4r[?(  
 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 +d7s
y0  
(如Downhill-Simplex-algorithm) [Yo3=(7J  
 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。 T6gugDQ~.