紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) =}6Z{}(TT kC,DW%Ls 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。 ]VO,}
` :Kt mSY 1. 线栅偏振片的原理 -v/?> -f
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带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 "X!_37kQ 2. 建模任务 <#J<QYF&2 &El[ *1;L,*J"| 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 0(.R?1*:Rf 偏振元件的重要特性: [jmAMF<F 偏振对比度 {BwN4r46 透射率 oGU.U9~! 效率一致性 !*$'fn'bAA 线格结构的应用(金属) j+ T\c2d =-#iXP@ 3. 建模任务: d,E/9y\e
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ABS
BtH ? 4. 建模任务:仿真参数 o::ymAj TQyFF/K 偏振片#1: FnU{C= P 偏振对比度不小于50@193nm波长
=z7Ay 高透过率(最大化) @a{v>) 光栅周期:100nm(根据加工工艺) MYW 4@# 光栅材料:钨(适用于紫外波段) bB[*\ 偏振片#2: }F9?*2\/ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 3hpz.ISk 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 aWi]t'_ 光栅周期:100nm d+wNGN 光栅材料:钨 *1 eTf & m ";D 5. 偏振片特性 >0G}, S ?}>B4Z) 偏振对比度:(要求至少50:1) "NI>HO.U Y3F.hk}O
& ;x1Rx r E*u 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) '}[L sU &JzF
Ns] 9-D ri_6wbPp 6. 二维光栅结构的建模 ry<}DK<u X2mm'JDwK H@bmLq 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 7QRvl6cv 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 _TeRsA 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 7m)ykq:? '%/u103{e
OKH~Y-%< 2ZFKjj 7. 偏振敏感光栅的分析 x)Om[jZE G6g=F+X2 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 T;e (Q,!H 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) +c2=*IA/ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 BN>$LL 8. 利用参数优化器进行优化 XhkL))FcG
,lG wW8$R rnrx%Q 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 JqhVD@1{ 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 g KY
,G 在该案例种,提出两个不同的目标: i:
uA&9 #1:最佳的优化函数@193nm SNV+.xN #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 BY2txLLB RIpq/^Th 9. 优化@193nm D,R2wNF ])";Z
:jp$X| 初始参数: %LaC$w_X 光栅高度:80nm ,,-3p#Pbw 占空比:40% [t\Mu}b 参数范围: "k@/Z7= 光栅高度:50nm—150nm ^bw~$*"j# 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) H[yLlv 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /9^0YC;Y* tm#y`1-
PH=8'GN 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 F4l6PGxF&\ 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。 X-WvKH(=w “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ?UZyu4O% 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 DcM+K@1E4^ 9Qd'=JQl 10. 优化@193nm结果 VL1z$<vVXt `Wt~6D
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/]>{"sS( 优化结果: ?Qp_4<(5 光栅高度:124.2nm O!yn
`<l 占空比:31.6% yUlQPrNX Ex透过率:43.1% DEp:
vlW@ 偏振度:50.0 a{6|[aR 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 <GR: 5pJ% LKG|S<s 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 FCAu%lvZT 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 FNO
lR>0e 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 OH~qJ< =l_"M 11. 300nm到400nm波长范围的优化 M:M<bz Vu t;6/bT- 2}#PDhn 初始参数: j<5R$^?U 光栅高度:80nm 8# AXK{ 占空比:40% Darkj>$\ 参数范围: X;g|-< 光栅高度:50nm—150nm )&-+:u0 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 06O 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%
/PS]AM pr?(5{BL
k}gs;|_ 优化结果: D/>5\da+y 光栅高度:101.8nm hQeZI+ 占空比:20.9% ?Fw/c0 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) Hn.UJ4V 偏振对比度:50.0 34+}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。 mY9K)]8 #d(r^U#I 12. 结论 6Z=H>w ],4LvIPD 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) dy'?@Lj; 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 [Xg"B|FD0 (如Downhill-Simplex-algorithm) wtyu"=
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。 W1(ziP'6
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