[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。 JzCkVF$  
?6ssSjR}  
1. 线栅偏振片的原理 $6 Hf[(/e  
mAW(j@5sp  
2. 建模任务 NRP)'E  

tP2.D:( R  
0LzS #J+  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 W=+AU!%  
 偏振元件的重要特性： 1|>vk+;1h  
 偏振对比度 76o[qay  
 透射率 ;*F
Y+jM  
 效率一致性 hR2 R  
 线格结构的应用(金属) l?m 3*  
z(O*DwY#  
3. 建模任务： CK4#ZOiaa  
8dt=@pwx&  
4. 建模任务：仿真参数 yV L >Ie/  
nZL!}3@<  
偏振片#1: %yKcp5_  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 ?5lO1(  
 高透过率(最大化) 5"!K8 N  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) E#tfCM6  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) o>d0R w4h  
偏振片#2: QKvaTy#  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 %t1Z!xv_  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 S{]3e-?  
 光栅周期：100nm Lr\(7r  
 光栅材料：钨 pBBKfv  
d_Zj W  
5. 偏振片特性 ' Gx\   
|t3}>+"?z  
 偏振对比度：(要求至少50:1) 67}8EV!/k  
S7cD}yx*[  
yU7XX+cB7  
eL)m(  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) [4IqHe  
Y4,p_6aKJ]  
F8tMZ,:  
JW2f 6!b  
6. 二维光栅结构的建模 [rAi9LSO"  

GuL0:,  
S}0-2T[  
 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。 )G]J@36  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 g3%x"SlIU  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 t)k;5B`> &  
AOL=;z9c#  
>k=@YLj  
)ytP$,r![S  
7. 偏振敏感光栅的分析 }y+a)2  

[-e$4^+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。 j 7O!uUQQ  
 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) 8/,s8u  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 Jzy:^PObT  
8. 利用参数优化器进行优化 f1o^:}5x  

r,vSDHb`j  

h.- o$+Sa  
 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 }I`o%GL  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 AtAu$"ue  
 在该案例种，提出两个不同的目标： >oEFuwE  
 #1:最佳的优化函数@193nm "8(8]GgYx  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 7Ot&]M
 
?h#F& y  
9. 优化@193nm Z~|%asjFE  
fG.6S"|M  
 初始参数： UA0( cK  
 光栅高度：80nm fb
ah~[5}  
 占空比：40% QT1oUP#*  
 参数范围： { M[iYFg=  
 光栅高度：50nm—150nm ?&U~X)Q  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) %
JA^b5''  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 cauKG@:2F  
%/s+-j@s:  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 `VglE?M  
 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。 = P$7 "  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 R-f('[u  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 ({C|(v9C7  
EzCi%>q  
10. 优化@193nm结果 oMq:4W,  
p8&rl|z|  
 优化结果： l]IQjjJ`  
 光栅高度：124.2nm "QtkNy%E  
 占空比：31.6% AX )dZdd  
 Ex透过率：43.1% '0qKb*  
 偏振度：50.0 r6 pz(rCs}  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 x:]_z.5  
LN'})CI8m  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 T^Xum2Ec  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 JVPLE*T  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 nqcD#HUv  
g9=O<u#  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 2>Kn'p  
?U~`'^@  
]XfROhgP=  
 初始参数： dda*gq/p  
 光栅高度：80nm f+QDjJ?z  
 占空比：40% 5@i(pVWZ  
 参数范围： 3J^'x  
 光栅高度：50nm—150nm  JU=4v!0  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) >?$q
Ku  
 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% U,~Z2L  
emS7q|^  
 优化结果： j5 W)9HW:  
 光栅高度：101.8nm G`u";w_  
 占空比：20.9% nN[QUg  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） ~\7peH%  
 偏振对比度：50.0 'd<1;Ayw  
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。 Gii1|pLZ1  
2wYY0=k2  
12. 结论 M/8EaQs}  
82=>I*0Q  
 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) - I j  
 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 {gS7pY%_W  
(如Downhill-Simplex-algorithm) vnv:YQV/ir  
 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。 (V8lmp-F