紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) nV}8M nH@(Y&S 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。 -G9|n#zCU ;DuXSy!g 1. 线栅偏振片的原理 St@l]u9 k#O,j pbB
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 l&Z
Sm 2. 建模任务 [*8Y'KX < IdPn%)>6 {`%hgR 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 +t9 8@ 偏振元件的重要特性: z{:-!oF&CB 偏振对比度 9Bz0MUbrLl 透射率 )MZC>: 效率一致性 740B\pc0 线格结构的应用(金属) {Oj7 brh=NAzt 3. 建模任务: H;NbQ
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) i9rS6<V' 4. 建模任务:仿真参数 0VN7/=n| $&hN*7Ts 偏振片#1: IG< H"tQ 偏振对比度不小于50@193nm波长 qI%&ay"/ 高透过率(最大化) R(k}y,eh.` 光栅周期:100nm(根据加工工艺) u%u&F^y 光栅材料:钨(适用于紫外波段) @w\I qr
偏振片#2:
`0bP0^w 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 a?F!,=F 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 A%u_&a}
光栅周期:100nm [dB$U}SEj 光栅材料:钨 `'i( U7? 1l5JP|x 5. 偏振片特性 e_.Gw"/Yl 1@>$ Gcc 偏振对比度:(要求至少50:1) }4&/VvN p@~ic#X
`!vUsM .d 1vnYogL 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) c6&Q^p|CF 6cz/n8M g
*27*>W1 >|g?wC}V; 6. 二维光栅结构的建模 a~PK
pw2% h|D0z_f f>2MI4nMG 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。 X(@uw X$m 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 /@"Y^ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 5'KA'>@ Fh8lmOL;?
w(9*7p p ;"kaF! 7. 偏振敏感光栅的分析 t$J.+} }I PLX>-7@ 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。 Cr C=A=e 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) TP%+.#Fu 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 -F@L}| 8. 利用参数优化器进行优化 ]p7jhd=
0hY{<^"Y ^7^N}x@ 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。 =Yz'D|=t 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 HCWNo 在该案例种,提出两个不同的目标: q?):oJ #1:最佳的优化函数@193nm $pyOn2} #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 M|,mr~rRG }}|)Yq 9. 优化@193nm k(t}^50^j i,IB!x
>UDd @ 初始参数: x3 > 光栅高度:80nm \$sjrqKnu 占空比:40% 1v zb8. 参数范围: k{;,6H 光栅高度:50nm—150nm #]P9b@@e 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) EV pi^>M 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 _P?s' HH /FD5G7ES
;&V s4 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 U;N:j8 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。 !|ak^GE:(% “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 c;?fMX
在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 */:uV
B,b2 $5x ,6[& 10. 优化@193nm结果 -m
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1u3,'8F 优化结果: B"yFS7Rrj 光栅高度:124.2nm yAL[[ 占空比:31.6% i4Lc$20?d Ex透过率:43.1% vM:cWat 偏振度:50.0
#$1Z 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 %`Z+a.~ U ?;[w" `" 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 h2ytS^ 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 *g?Po+ef% 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 Xtt?] '3zc|eJt& 11. 300nm到400nm波长范围的优化 .<@8gNm3 1`ayc|9BR PB;eHy 初始参数: Po%LE]v, 光栅高度:80nm (x/k.& 占空比:40% DL$@?.?I 参数范围: }=c85f~i 光栅高度:50nm—150nm rj(T~d4 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) $Y69@s %f 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% ;>n,:355L :VTTh
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'!/<P"5t 优化结果: *G*
k6.9W! 光栅高度:101.8nm "g$IP9?U 占空比:20.9% +$g}4 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 0$,SF3K 偏振对比度:50.0 uj :%#u 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。 ?@E!u|]K w!fE;H8w6 12. 结论 dC RyOid$ 1t)il^p4[; 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) J0@X<Lt 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 H1}
RWaJ (如Downhill-Simplex-algorithm) )wT-8o 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。 +E{|63~q yu;P +G
Hy^N!rBxfO QQ:2987619807 17`1SGZ
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