[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） ^c/.D*J[I  
tW 9vo-{+  
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。 K)&AR*Tc  
;ASlsUE\)  
1. 线栅偏振片的原理 `"  
=i `o+H  
2. 建模任务 j{nL33T%  

}PoB`H'K5  
-`A6K!W&~p  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 Of-l<Ks\  
 偏振元件的重要特性： eM{+R^8  
 偏振对比度 }2G'3msx  
 透射率 l.FkX  
 效率一致性 0*+i~g,Kl@  
 线格结构的应用(金属) [X;yJ$  
_O)~<Sk-*z  
3. 建模任务： Q xKC5`1  
h19c*,0z!  
4. 建模任务：仿真参数 \]GBd~i<  
0>>tdd7  
偏振片#1: RtN5\  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 xMU4Av[{  
 高透过率(最大化) EQMn'>  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) <&Y7Q[  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) Lxs  
偏振片#2: ]^E<e!z={$  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 xa??OT`(  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 M"1}"ex#  
 光栅周期：100nm jsjH.O  
 光栅材料：钨 N<9CV!_  
YG$Y4h" @"  
5. 偏振片特性 }H\wed]F/  
A-qdTJP  
 偏振对比度：(要求至少50:1) gm(`SC?a  
oBpHm
MzA  
G-~+FnUC  
T5Yu+>3  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) g>cp;co9g  
}[\l$sS  
bU7n1pzW,o  
5PqL#Eu`!  
6. 二维光栅结构的建模 1=}+NK!  

,eW K~ pa  
Ho2#'lSKM  
 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。 !0i  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 .]JGCTB3  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 krFuEaO  
9rf6,hF  
jZx.MBVy]  
XShi[7  
7. 偏振敏感光栅的分析 ~+ Mp+gE  

OWx-I\:  
 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。 J>y}kzCz  
 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) 49W@?:b  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 u$O` \=  
8. 利用参数优化器进行优化 $SQUN*/>  

Arc6d5Q  

clV3x`z  
 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。 H`d595<=i;  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 P%2aOsD0  
 在该案例种，提出两个不同的目标： P{-j^'y  
 #1:最佳的优化函数@193nm Tr*3:J }  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 UuPXo66F]  
6V-u<FJ  
9. 优化@193nm m
SdByT+dG  
>"5f B  
 初始参数： '{*{  
 光栅高度：80nm b~>kTO  
 占空比：40% =HapCmrx8  
 参数范围： {%Cb0Zh  
 光栅高度：50nm—150nm zZp0g^;.?  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Pu>jECcz  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 B>C+qj@  
JbX"K< nQ  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 S#Q0aG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。 6Ft?9 B(F:  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 08czP-)OZ  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 EmG':K(  
r ]s7a?O  
10. 优化@193nm结果 7qsu0 .[d  
C-h9_<AwJQ  
 优化结果： fVJlA  
 光栅高度：124.2nm f.)z_RyGd  
 占空比：31.6% ;z2\ Q$  
 Ex透过率：43.1% Y=83r]%
 
 偏振度：50.0 %B}<5iO
 
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。 ^#( B4l!  
p>oC.[:4a  
 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。 Lh@0|k  
 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。 5}C.^J`  
 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。 ZNDn! Sj  
_+7+90u  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 j)nL!":O  
tq$L* ++O  
QHU|aC{r  
 初始参数： U1ZKJ<pv  
 光栅高度：80nm MpK3+4UMa  
 占空比：40% ~ECIL7,  
 参数范围： 2x5^kN7  
 光栅高度：50nm—150nm z( \4{Y  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) OI^??joQ  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% ThvgYv--B  
b1TIVK3m  
 优化结果： Bo,>blspw  
 光栅高度：101.8nm &x9>8~   
 占空比：20.9% =fRC$  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） Z)&!ZlM  
 偏振对比度：50.0 @>fsg-|  
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。 _jb'HP  
k=W~ot&  
12. 结论 0Ra%>e(I^  
K<rv|bJ  
 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) 9r.h^  
 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 H@xHkqan  
(如Downhill-Simplex-algorithm) v!`:{)2C  
 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。 J Bgq2