[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。 1vKAJ<4W  
Vwxb6,}Z  
1. 线栅偏振片的原理 3@#WYvD  
{k BHZ$/  
2. 建模任务 F/gA[Y|,gI  

= BcKWC  
n~ w.\939@  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 t}FwS6u  
 偏振元件的重要特性： UnTnc6Bo7W  
 偏振对比度 in
}d(%3h  
 透射率 ca )n*SD  
 效率一致性 9
)P-<  
 线格结构的应用(金属) e_U1}{=t  
i7rO5<  
3. 建模任务： l9Xz,H  
R( 2,1f=d  
4. 建模任务：仿真参数 vndD#/lXq  
;iA6[uz  
偏振片#1: tqok.h  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 >|j8j:S[  
 高透过率(最大化) vs=8x\W  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) ~9Xs=S!  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) w3hG\2)[HS  
偏振片#2: b}&2j3-n,  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 3[_zz;Y*d  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 9NXL8QmC8  
 光栅周期：100nm Dx1f<A1  
 光栅材料：钨 E^ub8  
hCpX#rg?  
5. 偏振片特性 LIah'6qR  
py-5 :g}d  
 偏振对比度：(要求至少50:1) KOv?p@d  
U5[,UrC  
)By#({O  
6h5DvSO  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ?aMd#.&  
8PRKSJ[@K  
tBB\^xq:  
P3e}G-Oz  
6. 二维光栅结构的建模 3'*}ZDC  

v35!? 5{  
:o37 V!  
 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。 yb/v?q?Fk  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 K^6fg,&  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 @Z+(J:Grm5  
qI=j>x  
zn+5pn&?  
pw, <0UhV  
7. 偏振敏感光栅的分析 _6Z}_SiOl  

.\rJ|HpZ1J  
 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。 S\jIs[Dz  
 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) |'+ [ '  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 R?Ys%~5  
8. 利用参数优化器进行优化 (_ TKDx_  

o[Gp*o\  

5f}GV0=n  
 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。 9JtPP  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 &sA@!  
 在该案例种，提出两个不同的目标： =@\Li)Y  
 #1:最佳的优化函数@193nm hLo'q^mGr  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 <jz\U7TBf  
`mp3ORR;$  
9. 优化@193nm &al\8  
znq/ %7  
 初始参数： .}*_NU   
 光栅高度：80nm A<*G;  
 占空比：40% }"\jB  
 参数范围： vVfIe5+OP  
 光栅高度：50nm—150nm -<Oy5N  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) yv+DM`0  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 {8im{]8_  
GiS{=+=5  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 (i)Ed9~F"  
 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。 wM0P#+bA\  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ( L ]C  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 6>e YG<y{  
.!2Ac  
10. 优化@193nm结果 ,/1[(^e  
=JDa[_lpN  
 优化结果： W^T6^q5;H  
 光栅高度：124.2nm dt1,!sHn  
 占空比：31.6% <&87aDYz  
 Ex透过率：43.1% %:=Jr#a  
 偏振度：50.0  gU%R9  
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。 =>u9k:('9  
DcmRb/AP*  
 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。 i9B1/?^W&  
 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。 MU#$tXmnC  
 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。 'i7!"Y6>  
R)u ${  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 Q%Y rm  
!1{kG%B=  
K4|{[YpPB  
 初始参数： ,].S~6IM  
 光栅高度：80nm RxrUnM
F  
 占空比：40% 0Ik}\lcn  
 参数范围： &-B&s.,kj  
 光栅高度：50nm—150nm 6~y7A<[^  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 9xZ?}S:d  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% z<Y >phc  
Xw<5VIAHm;  
 优化结果： qcdENIy0b  
 光栅高度：101.8nm dq U.2~9  
 占空比：20.9%
|vf /M|  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） BdYl sYp  
 偏振对比度：50.0 v>]^wH>/"  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 eF%
IX  
p}{V%!`_  
12. 结论 J6m(\o  
n?z^"vv$i  
 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) 8
C4=f  
 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^}gDZ  
(如Downhill-Simplex-algorithm) /{7we$+,p  
 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。 H,5##@X