[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） [}E='m}u9+  
) j#`r/  
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。 FXG]LoP  
*v^Jb/E315  
1. 线栅偏振片的原理 7rc0yB  
d;Ym=YHJtn  
2. 建模任务 KOk4^#h@  

/K@XzwM  
%rL.|q9
 
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 -A^_{4X  
 偏振元件的重要特性： !C'
:  
 偏振对比度  dVtG/0  
 透射率 ] vHF~|/-  
 效率一致性 /$Nsd  
 线格结构的应用(金属) qZ}^;)a^  
u5`u>.!  
3. 建模任务： z% ?+AM)P  
)4e.k$X^  
4. 建模任务：仿真参数 ^1I19q  
?Jm^<  
偏振片#1: Cgk<pky1  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 ]nn
98y+  
 高透过率(最大化) &AeX   
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) t%0VJB,Q2  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) BO?%'\  
偏振片#2: ?=Z?6fw  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 KxJ!,F{>H  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 Uiw2oi&_  
 光栅周期：100nm XJ;57n-?  
 光栅材料：钨 G5BfNU  
m]6mGp  
5. 偏振片特性 yLvDMPj  
2~)`N>@  
 偏振对比度：(要求至少50:1) I3L<[-ZE  
2`K=Hby  
<44G]eb  
BA:VPTZq  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) y%cP1y)  
vH@ds k  
Di6?[(8  
Q~ w|#  
6. 二维光栅结构的建模 `g=J%p  

Jq-]7N%k/  
L ca}J&x]^  
 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。 Gx/Oi)&/  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 1v27;Q<+Q  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 9s q  
E<Y$>uKA  
eF$x1|  
j_?FmX _  
7. 偏振敏感光栅的分析 M'O <h  

Dw.J2>uj  
 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。 BL}\D;+t  
 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) 194)QeoFw  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 C ;W"wBz9  
8. 利用参数优化器进行优化 <)H9V-5aZ  

v@L;x [Q  

p8O2Z?\  
 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。 Ffz,J6b  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 4xje$/_d  
 在该案例种，提出两个不同的目标： sY&IquK^  
 #1:最佳的优化函数@193nm Ee! 4xg  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 .|70;  
5|s\*bV`  
9. 优化@193nm T.BW H2gRP  
aB&&YlR=n<  
 初始参数： .t
!x<B  
 光栅高度：80nm G5 WVr$  
 占空比：40%
EV%gF   
 参数范围： hL{KRRf>  
 光栅高度：50nm—150nm N~)_DjQP5  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) .Yn_*L+4*  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /(*q}R3Kfo  
",; H`V  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 dR,fXQm  
 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。 kdeWip6Y  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 <\^8fn  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 JPw.8|V)y  
VU3upy<  
10. 优化@193nm结果 aEeodA<(  
3F2w-+L  
 优化结果： YNF k  
 光栅高度：124.2nm 9W2Vo [(  
 占空比：31.6% n{mfn*r.  
 Ex透过率：43.1% NZ0;5xGR  
 偏振度：50.0 0aB;p7~&  
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。
rg!r[1c  
0M[EEw3  
 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。 !%c\N8<>GD  
 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。 q@8*
Xa>  
 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。 /*
mI<[xb  
@:#eb1<S  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 s.C_Zf~3  
X l5 A 'h  
8{sGNCvU  
 初始参数： u^  ~W+  
 光栅高度：80nm @\#td5'  
 占空比：40% %7+qnH*;r  
 参数范围： 4H
&+dRI"  
 光栅高度：50nm—150nm 4|?;TE5  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) `b$.%S8uj=  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% N<}5A%  
MQ8J<A Pf-  
 优化结果： S<Xf>-8w  
 光栅高度：101.8nm }pkzH'$HJ  
 占空比：20.9% ( a#BV}=  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） &F~T-i>X  
 偏振对比度：50.0 KbeC"mi  
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。 ^ [@,  
zTU0HR3A  
12. 结论 }qD\0+`qi  
>z@0.pN]7  
 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) +6+i!Sip  
 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 oUlVI*~ND  
(如Downhill-Simplex-algorithm) 9G2FsM|,  
 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。 c]!V'#U