紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) v1TFzcHl< L=l&,ENy 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。 d~Z\%4 f#\YX
tR,k 1. 线栅偏振片的原理 4f([EV[6dK 9af.t
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 qI+2,6
sGI 2. 建模任务 Dwp,d~z 0f^{Rp6 TmsIyDcD~ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 Rff F:,b 偏振元件的重要特性: x4oWZEd 偏振对比度 |A%9c.DG. 透射率 v1.3gzR 效率一致性 ffZ~r%25{ 线格结构的应用(金属) o4);5~1l G0E5Y;YIN$ 3. 建模任务: vADiW~^Q^
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) qCV<-o 4. 建模任务:仿真参数 ^[M{s(b l/&.H F 偏振片#1: 9a}9cMJ^" 偏振对比度不小于50@193nm波长 Smr{+m a 高透过率(最大化) o*S_" 光栅周期:100nm(根据加工工艺) CM;b_E)9)f 光栅材料:钨(适用于紫外波段) KK){/I=z 偏振片#2: cHs3:F~~ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 (W
~K1] 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 rbZbj# 光栅周期:100nm M:S-%aQ_<y 光栅材料:钨 F (*B1J2_g c3$T3Lu1 5. 偏振片特性 NRi5 Vp2= mdj%zJ8/ 偏振对比度:(要求至少50:1) "Ms;sdjg}& |9CikLX)7
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p E| Lc*>sOm9 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) &Y]':gJ O tG\Uw8
g'8Y5x[ 1Kg0y71" 6. 二维光栅结构的建模 #z\ub5um G]^[i6PQs _BczR:D* 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。 p0+^wXi) 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 kv+% 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 22gh!F%) vgz`+Zj*S
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P +P/kfY" 7. 偏振敏感光栅的分析 iUx\3d, !?2)apM 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$4{fhV
\ 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) .iXN~*+g 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 nhV"V`|d 8. 利用参数优化器进行优化 bc)>h!'Y
o[|[xuTm nbi7rcT 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。 [a=exK 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 >=~\b 在该案例种,提出两个不同的目标: La4S/. #1:最佳的优化函数@193nm +$2{u_m, #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 N]<(cG&p S@qp_! 9. 优化@193nm ?#xl3Z ;I ZnG.::&:
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d<wv 初始参数: ><V*`{bD9) 光栅高度:80nm K_7pr~D]@r 占空比:40% gQ1obT"| 参数范围: YeH!v, > 光栅高度:50nm—150nm baxZ>KNi 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) I>c,Bo7 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 N8<J'7% qd`e:s*%
{SoI;o_> 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 5]xuU.w' 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 d,<ni" “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 .~z'm$s1o 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ]WT@&F Fq9YhR 10. 优化@193nm结果 h2l;xt _|k$[^ln^
Fr%# 优化结果: 6j#JhcS+ 光栅高度:124.2nm Z6!Up1 占空比:31.6% )6|L]'dsZ Ex透过率:43.1% "oP^2|${ 偏振度:50.0 Rr) 5[ 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。 VPLf( !_W:%t)g 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。 kZ]H[\Fs 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。 m</m9h8 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。 "*g+qll!5d $|4@Zx4vf 11. 300nm到400nm波长范围的优化 <-lM9}vd A5l Cc
b iP:i6U] 初始参数: | /.J{=E0K 光栅高度:80nm J^!;$Hkd 占空比:40% 5_yQI D%Sq 参数范围: {UiSa'TR1b 光栅高度:50nm—150nm | dQ>)_ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致)
hfB$4s9 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% ;(Yb9Mr)z A40DbD\^ad
-4Qub{Uym 优化结果: ^2+Ex+ 光栅高度:101.8nm woI5a ee| 占空比:20.9% 8R~<$xz Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) I&PJ[U#~a 偏振对比度:50.0 ,p2UshOmd 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。 {v={q1 ULx:2jz 12. 结论 VQ= # :+Nr 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) kc'$4 J4Tw VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 _"DC) (如Downhill-Simplex-algorithm) Bk8}K=%w 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化,并满足独立的要求。 X$};K\I
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