[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） Hy1pIUsx  
Ri/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。 8;i
'dF:)  
af_bG;  
1. 线栅偏振片的原理 "lA8CA  
R[W'LRh~:1  
2. 建模任务 lm8<0*;,  

Rhzcm`"  
:!w;Y;L:+  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 o4H'  
 偏振元件的重要特性： g$U7bCHG  
 偏振对比度 U]Fnf?(  
 透射率 R:y u  
 效率一致性 RY}:&vWDk  
 线格结构的应用(金属) Tffdm  
Of;$ VK'  
3. 建模任务： NKYHJf2?x  
+7Qj%x\  
4. 建模任务：仿真参数 @4wN-T+1  
`08}y*E  
偏振片#1: B/K
{sI  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 pnGDM)H7  
 高透过率(最大化) ]#\/1!W
  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) S[y?>  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) *#Iqz9X.Y3  
偏振片#2: o(YF`;OhvS  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 YH3[Jvzf4  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 m88[(l  
 光栅周期：100nm x8Nij:K#  
 光栅材料：钨 #{~3bgY  
oF.H?lG7`  
5. 偏振片特性 jN%+)Kj0C)  
lj %k/u  
 偏振对比度：(要求至少50:1) 4EFP*7X  
i&Me7=~  
wV"C ,*V  
7jPn6uz>w  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) l)qGG$7$  
aFDCVm%U|  
pbNW l/|4  
zfA"xD  
6. 二维光栅结构的建模 S %(R9N|  

7VA
6J-T  
2KSt4oa  
 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。 +zzS  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 eQsoZQA1  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 z1LY|8$G  
]*\<k  
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nn-e0l  
g&L $5  
7. 偏振敏感光栅的分析 "yPKdwP  

lPn&,\9@~  
 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。 (=w ff5U  
 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) M5l*D'GE]  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 *Bx'g| u  
8. 利用参数优化器进行优化 &:Sb$+z  

f
c9gi4y9  

?]2OT5@&s  
 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。 EhHW`  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 J!*Pg<  
 在该案例种，提出两个不同的目标： 4W+%`x_U]  
 #1:最佳的优化函数@193nm u^uo=/
 
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 E3E$_<^  
et :v4^*f  
9. 优化@193nm ^g*/p[  
;AE%f.Y  
 初始参数： {bPcr hB  
 光栅高度：80nm n`g:dz  
 占空比：40% gb@ |\n  
 参数范围： Yq%D/dU8  
 光栅高度：50nm—150nm 7x:j4  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 5A*'@Fr'G  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 T#w *5Qf  
LdYaJh~h  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 >zWVM1\\j  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 d 3
}'J  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 o*1t)HL<  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 0!,)7  
!;YQQ<D  
10. 优化@193nm结果 =v]
eQIp  
"rIBy  
 优化结果： hX@.k|Yd  
 光栅高度：124.2nm A[m4do  
 占空比：31.6% &tw   
 Ex透过率：43.1% >SZ9,K4Gs  
 偏振度：50.0 G0eJ<*|_ 3  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 ;j/-
ndd&&  
CmPix]YMQ  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 P=9Zm  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 /A) v$Bv=  
 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。 t#h<'?\E  
{bvm83{T  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 }qOC*k:  
|_;Vb  
y3!=0uPf  
 初始参数： <U$A_]*w  
 光栅高度：80nm X*'-^WM6  
 占空比：40% s(I7}oRWsL  
 参数范围： v#`Wf}G  
 光栅高度：50nm—150nm <ST#< $%  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ?$^qcpJCp  
 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% ')w*c  
mckrR$>  
 优化结果： t9()?6H\  
 光栅高度：101.8nm s:/.:e_PU  
 占空比：20.9% R`:NUGR  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） 0|:Ic
,  
 偏振对比度：50.0 oa?
e
K  
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。 _k@{> ?(a  
5!*5mtI  
12. 结论 ^9UF Pij"  
41TB  
 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) {P#&e>)v{  
 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 )Oz( <vxw  
(如Downhill-Simplex-algorithm) FBcF  
 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。 _ QM