[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） 1tNmiAu  
c!{]Z_d\  
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。 %?7j Q  
9se,c  
1. 线栅偏振片的原理 Wr%E}mX-  
N){/#3  
2. 建模任务 v^;%Fz_Dr  

G2{.Ew  
?+WSYg0  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ny.YkN2  
 偏振元件的重要特性： 6,*o;<k[  
 偏振对比度 aNW!Y':*  
 透射率 3]X~bQAw  
 效率一致性 :&/b}b!)AX  
 线格结构的应用(金属) %z_PEqRj  
A+N%A]2  
3. 建模任务： }Z~& XL=  
7Qc 4Oz:t  
4. 建模任务：仿真参数 X8Xw'  
>J \}&!8,  
偏振片#1: TZ]D6.mD  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 O'G
,  
 高透过率(最大化) $g?`yE(K  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) iA^GA8dn  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) NG2@.hP:uU  
偏振片#2: wV9[Jl\Z  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 `oxs;;P  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 &mM[q'V  
 光栅周期：100nm <L72nwcK  
 光栅材料：钨 3r)<:4a u&  
z8
ox#+l  
5. 偏振片特性 fgg;WXcT ~  
dz6i~&  
 偏振对比度：(要求至少50:1) !H5r+%Oo|  
$YmD;  
L0Fhjbc  
jM E==)Y  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) <]u~;e57  
M]+FTz  
t/=xY'7  
p&:(D=pIu  
6. 二维光栅结构的建模 5F8sigr/h  

FK$?8Jp  
ZkyH<Aa  
 该案例使用一般二维光栅工具，该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 xlqh,?'>W  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 9Okb)K95  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 H^N@fG<*dh  
&wlSOC')j  
em87`Hj^lo  
6<h?%j(  
7. 偏振敏感光栅的分析 {~"&$DY2  

QT5,_+ho  
 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。 PLi[T4u  
 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) Btmv{'T_y@  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 `g;`yJX<  
8. 利用参数优化器进行优化 .H,wdzg)  

TZT1nj"n  

_pXy}D  
 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。 .{-&3++WZ  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 .}}w@NO  
 在该案例种，提出两个不同的目标： Ax=k0%M[&  
 #1:最佳的优化函数@193nm -`mHb  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 ;xnJ+$//U  
-NG`mfu  
9. 优化@193nm =%4vrY `  
"g)@jqq:>  
 初始参数： d$uh.?F5  
 光栅高度：80nm YGBVGpE9  
 占空比：40% DQ{Yr>
J  
 参数范围： M>CW(X  
 光栅高度：50nm—150nm Zhl}X!:c?\  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) !+?,y/*5(  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 7/"g} F}Q  
,cR=W|6cQm  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 ZiBTe,;  
 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。 ~aK@M4  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 n
\Z&sc  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 &ACM:&Ob  
TSQ/{=r  
10. 优化@193nm结果 $
Ik\^:-  

P"`OuN  
 优化结果： C F2*W).+  
 光栅高度：124.2nm /dU-$}>ZI  
 占空比：31.6% dMAd-q5{  
 Ex透过率：43.1% p{knQ],   
 偏振度：50.0 C:77~f-+rQ  
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。 \vBpH'hR,'  
a'f0Wv0%"  
 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。 (UDR=7w)  
 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。 7-nz'-'  
 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。 l
65-8  
U*G9fpVy  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 i^[yGXtW  
Mf0XQ3n`H  
$?^#G8J  
 初始参数： 7/.-dfEK  
 光栅高度：80nm LQ5WS  
 占空比：40% ]XX8l:+  
 参数范围： *5$$C&@o9  
 光栅高度：50nm—150nm :T5p6:  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) _yQ*  
 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% {/]Ks8`Dm  
v3w5+F  
 优化结果： P 0xInW F  
 光栅高度：101.8nm Ol4)*/oZ  
 占空比：20.9% 
-1ke3  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） zi~_[l-  
 偏振对比度：50.0 xU/Eu;m  
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。 6,j6,Q(67  
_w+ix9Fr?  
12. 结论 F&}>2QiL  
X4emhB  
 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) dQ97O{O:i  
 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 J]8nbl  
(如Downhill-Simplex-algorithm) -(FVTWi0
 
 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。 Ds|/\cI$%a