紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) !nj%n 54J<ZXCs
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。 9v
cUo?/ 9'toj%XQ 1. 线栅偏振片的原理 h;4g#|, u."fJ2}l0X
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 kM3BP&
3m1 2. 建模任务 HxY,R^ pN0c'COy^ I I>2\d|
全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 EkSTN 偏振元件的重要特性: iW"L!t#\| 偏振对比度 % C
3jxt 透射率 }7=a,1T 效率一致性 XFu@XUk!K 线格结构的应用(金属) `8dE8:#Y z}bnw2d] 3. 建模任务: z{#F9'\&
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) uaPBM< 4. 建模任务:仿真参数 )i_FU~ LRq Ix"c<1I 偏振片#1: K%=n \Y 偏振对比度不小于50@193nm波长 l IFt/ 高透过率(最大化) Ab2g),;c 光栅周期:100nm(根据加工工艺) uAvs 光栅材料:钨(适用于紫外波段) H;sQ]:.*] 偏振片#2: u\e#_*> 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 -/gS s<" 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 Gr6ma*)y~t 光栅周期:100nm !7xp<= 光栅材料:钨 6ZG)`u".(" Tc88U8Gc 5. 偏振片特性 4[J3HLQ pz&=5F 偏振对比度:(要求至少50:1) =` i 7? Eq8OAuN
9>i6oF]Oq $k`8Zx w 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) :T\WYKX3C !GIsmqVY
7%E1F)% =O;SXzgE 6. 二维光栅结构的建模 \OU+Kl< N6J$z\
P 4]B3C\
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。 CD&m4^X5D 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 Vd?v"2S(9 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 Pj.~|5gnf oX}n"5o:
EORRSP,$2 zJnVO$A' 7. 偏振敏感光栅的分析 Un/fP1 {;4PP463 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。 4w
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6% 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) DO\EB6xH>% 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 'u3+k. 8. 利用参数优化器进行优化 v)d0MxSC
1}BNG ,n 5i^vN"J 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。 %f-<ol 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 =a!6EkX
* 在该案例种,提出两个不同的目标: s =5H.q%PV #1:最佳的优化函数@193nm ) ,hj7 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 $McO'Bye{h - X_w& 9. 优化@193nm _B1uE2j9 +wUhB\F
*
Q$vr`yV#=6 初始参数: /K!,^Xn 光栅高度:80nm {T.Vu]L80 占空比:40% D9C}Dys 参数范围: U959=e 光栅高度:50nm—150nm cA%U 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) d8kwW!m+ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 i/J NG LgNNtZ&F
l1)pr{A 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 \!QF9dP4 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。 D%idlL2%J “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 NACY;XQ% 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 u-9t s +2}(]J=- 10. 优化@193nm结果 GnOo+hB @L!#i*> 9
~|9LWp_ 优化结果: zsXH{atY 光栅高度:124.2nm m[{&xF|_ 占空比:31.6% 9,5II0N L Ex透过率:43.1% Hm*vKFhz 偏振度:50.0 (A'q@-XQ 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。 sYA-FO3gh qX'a&~s)n 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。 (YJAT 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。 wDhcHB 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。 D:ugP, B^(rUR 11. 300nm到400nm波长范围的优化 Kg`x9._2 L[G\+ W79A4l< 初始参数: /mwr1GU 光栅高度:80nm {}o>nenx\ 占空比:40% (MoTG^MrBY 参数范围: :J`!'{r 光栅高度:50nm—150nm |~uzQU7 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) A] ?O&m| 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% 2Ml2Ue-9 e6i./bf3
x\hn;i< 优化结果: z){UuiUM+= 光栅高度:101.8nm xnQGCw?S&} 占空比:20.9% 0*;9CH=BE Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) !$xEX,vj|W 偏振对比度:50.0 quGPk)c 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。 kw^Dp[8X /-YlC(kL 12. 结论 wt.{Fqm Df,VV+ 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) `;qv} 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 &/hr-5k (如Downhill-Simplex-algorithm) dezL{:Ya 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。 (bFWT_CChz
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