[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。 PcB_oG g  
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nhMP$h  
1. 线栅偏振片的原理 y"]n:M:(  
sGvIXD  
2. 建模任务 &`b "a!  

gTRF^knrY  
Z*G(5SqUh"  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 L 
lqM c  
 偏振元件的重要特性： 6y%0`!  
 偏振对比度 \~P=U;l=pO  
 透射率 yH][(o=2  
 效率一致性 }@if6(0  
 线格结构的应用(金属) A!1
;}x  
zMIT}$L  
3. 建模任务： nRd)++  
9rh}1eo7  
4. 建模任务：仿真参数 "#mBcQ;QLV  
k X {0y  
偏振片#1: MX@IHc  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 w[P4&?2:  
 高透过率(最大化) 5SCKP<rb  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) lKk/p^:  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) ]v+31vdf:O  
偏振片#2:
lRh9j l  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 gGfoO[B  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 ;Eu3[[V  
 光栅周期：100nm ;#w3{ NB  
 光栅材料：钨 :qC'$dO!
 
X.`
~>`8  
5. 偏振片特性 H@]MXP[_  
)O:0]=#))  
 偏振对比度：(要求至少50:1) R$zH]  
\h8
<cTQ  
tHLrhH<w  
+iOKbc'  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) e<r,&U$  
dz Zb  
g+X}c/".  
U`hY{E;  
6. 二维光栅结构的建模 .F+@B\A<  

 TX  
||yzt!n  
 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。 I-OJVZ( V  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 <FZ@Q[RP  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 LdJYE;k Ju  
4@xE8`+bG  
H#ClIh?'b  
kQ]$%Lk[  
7. 偏振敏感光栅的分析 n_'{^6*O  

JU&+c6>  
 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。 RejQ5'Neh  
 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) K_&4D'  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 w3$   
8. 利用参数优化器进行优化 6AocmR0D'  

aMTu-hA  

47J5oPT2'  
 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。 7`u$  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 v0L\0&+  
 在该案例种，提出两个不同的目标： 4*$G & TX  
 #1:最佳的优化函数@193nm ->N8#XH2=  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 sJNFFOz  
{z|;Xi::"  
9. 优化@193nm + nF'a(  
;| 1$Q!4  
 初始参数： u{L!n$D7  
 光栅高度：80nm *g^x*|f6  
 占空比：40% :,)lm.}]t  
 参数范围： "yW:\   
 光栅高度：50nm—150nm T1H"\+  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) tsk)zP,<  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ++E3]X|  
Pi|o`
d  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 q:g2Zc'Y~W  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 W6Y@U$P#G  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 )+fh-Ui  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 t%8d-+$  
tor!Dl@Mo  
10. 优化@193nm结果 %Rsp;1Z  
_Zr.ba  
 优化结果： TiH)5  
 光栅高度：124.2nm B/n
[m@O  
 占空比：31.6% 9YBv|A  
 Ex透过率：43.1% "!EcbR  
 偏振度：50.0 .aflsUD  
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。 &ot/nQQ  
LCQE_}Mh  
 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。 3'X.}>o  
 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。 W|o'&
 
 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。 K^R,Iu/M  
7hcNf,  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 0P]E6hWgg  
vI@%F
g+D  
D:K4H+ch  
 初始参数： )YqXRm  
 光栅高度：80nm ,#8e_3Z$  
 占空比：40% !Ta>U^7  
 参数范围： !*OJ.W&  
 光栅高度：50nm—150nm C$5[X7'  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) z0do;_x]E  
 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% !Xph_SQ!B=  
l(Q?rwI8Y  
 优化结果：
28=O03q  
 光栅高度：101.8nm Zcc9e03  
 占空比：20.9% of@#:Qs  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） t N2Md}@e  
 偏振对比度：50.0 x|5k<CiA  
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。 ;{[.Zu  
p*P
)KP  
12. 结论 k%G1i-]4  
Ggb5K8D*  
 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) NhYLtw^u  
 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 h3;bxq!q  
(如Downhill-Simplex-algorithm) [#sz WNfU  
 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^g!++|2P