[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

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。 z41_oG7  
9+YD!y  
1. 线栅偏振片的原理 !/K8xD$  
u%O-;>J  
2. 建模任务 [AEBF2OIv  

,gnQa  
u"$a>S_  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 D y6$J3 r  
 偏振元件的重要特性： ]6tkEyuq  
 偏振对比度 p@
&R0>6j  
 透射率 ,$r2gr!_G  
 效率一致性 BH0!6Oq  
 线格结构的应用(金属) dw@E)  
]0c Pml  
3. 建模任务： %IpSK 0<Sp  
oL/o*^  
4. 建模任务：仿真参数 :s8A:mx  
;kaHN;4?  
偏振片#1: 4YbC(f  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 hN
`gB#N3  
 高透过率(最大化) X=qS"O 1  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) a ib}`l  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) &J"YsY  
偏振片#2: =.m6FRsU  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 nR5bs;gk"  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 >L2*CV3p  
 光栅周期：100nm zCXqBuvu1  
 光栅材料：钨 `rWB`q|i<  
((3t:  
5. 偏振片特性 4".J/I5u  
#dJ 2Q_2  
 偏振对比度：(要求至少50:1) 3 %(Y$8U  
1czG55 |  
[J\DB)V/  
>.dHt\  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ;?9A(q_Z  
f==*"?6\  
\3NS>v[1  
:B#EqeI  
6. 二维光栅结构的建模 \v`#|lT$  

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9-,  
O4+F^+qN  
 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。 =mrY/:V  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 9EgP9up{6!  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 uI
P iM8(  
&zN@5m$k;  
q@Kk\m  
x72G^`Wv  
7. 偏振敏感光栅的分析 <*@~n- R$  

(-(*XNC  
 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。 NM L|"R;
 
 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) }z'DWp=uN  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 cb+y9wA  
8. 利用参数优化器进行优化 Z*bC#s?  

(L#%!bd  

\.>.c g  
 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。 8$ DwpJ  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 N~g%wf@w  
 在该案例种，提出两个不同的目标： d7~j^v)=^  
 #1:最佳的优化函数@193nm g3rRhS  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 $Xt;A&l2?  
u(9X  
9. 优化@193nm GoeIjuELR  
}'`xu9<  
 初始参数： ="lI i$>O  
 光栅高度：80nm V<-htV  
 占空比：40% 6GOg_P  
 参数范围： aYj%w  
 光栅高度：50nm—150nm AP@<r  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) "-U3
=+  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ]31$KBC  

>-<F)  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 }N|\   
 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。 $I(}r3r  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 N*1  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 <3Fz>}V32  
%]GV+!3S  
10. 优化@193nm结果 !w=,p.?V=  
]^!}*  
 优化结果： CgoXZX  
 光栅高度：124.2nm w-dI<s  
 占空比：31.6% /hfUPO5  
 Ex透过率：43.1% _FFv#R*4  
 偏振度：50.0 pE(sV{PD  
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]4,6`b\  
Bt6xV<jD  
 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。 EOQaY  
 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。 ~*kK4]lP  
 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。 dgY5ccP  
Fva]*5  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 HqRCjD  
D8 wG!X  
GDmv0V$6  
 初始参数： Xr2 Wa  
 光栅高度：80nm `OLB';D  
 占空比：40% fU`T\  
 参数范围： C,3T!\  
 光栅高度：50nm—150nm 6>lW5U^yA\  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) XJ\_V[WA  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% lux9o$ %  
No~6s.H  
 优化结果： sOC| B  
 光栅高度：101.8nm _]_LF[  
 占空比：20.9% YZ{;%&rB  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） R{ 4u|A?9  
 偏振对比度：50.0 8ur_/h7  
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。 S}O5l}E  
$4:~*IQ  
12. 结论
X;5S  
^:U;rHY  
 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) pdy+h{]3  
 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 Y& m<lnB  
(如Downhill-Simplex-algorithm) H'']J9O  
 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。 8m \;P