紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) 2Wr^#PY60 @nIoIz
D~ 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。 +IG=|X DC2[g9S>8@ 1. 线栅偏振片的原理 Hh*
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带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 - #-Bo 2. 建模任务 lg*?w/JX+ r\FduyOXv #{@qC2!2/ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 i'[! 'HY 偏振元件的重要特性: n2Ew0- 偏振对比度 $ J!PSF8PL 透射率 >L J<6s[= 效率一致性 $>rKm
线格结构的应用(金属) 3zMaHh)mj \6%`)p 3. 建模任务: +g_m|LF
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ^ LVKXr 4. 建模任务:仿真参数 D7g
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@ 偏振片#1: a&u!KAQ 偏振对比度不小于50@193nm波长 JthU'"K 高透过率(最大化) ,@\z{}~v 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 6xx(o 光栅材料:钨(适用于紫外波段) f9vitFkb+ 偏振片#2: cJzkA^T9 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 .TNGiUzG 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 Z:YgG.z" 光栅周期:100nm ^#U[v7y 光栅材料:钨 9K-,#a "G@(Cb*+T 5. 偏振片特性 bZpx61h| 0bteI*L 偏振对比度:(要求至少50:1) S84S/y jtgj h\Nt
:"cKxd S2>$S^[U 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) MhIHfW]b f6 s .xQ
nX8ulGG s >96+s)T%; 6. 二维光栅结构的建模 *'@sm* tTT
:r),}$ 1 ]ePU8 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。 YKzfI9Y 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 1'|gxYT 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 B qLL]%F *:ErZ UyQM
2Sk"S/4}Z j1=su~ 7. 偏振敏感光栅的分析 35 L\ T[MDjhv' 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。
I]BhkJ 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) p!DOc8a.\e 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ^fmuBe}d{ 8. 利用参数优化器进行优化 eKf5orN
\"w+4} ElK Md 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。 p3e=~{v* 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 T8d=@8g,% 在该案例种,提出两个不同的目标: _%#Uh#7P$ #1:最佳的优化函数@193nm
n%Oq"`w4 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 M*D@zb0ia %,e,KcP' 9. 优化@193nm `qRyh}Ax" <'\!
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HbIk5 初始参数: Y*IKPnPot2 光栅高度:80nm E<7$!P=z` 占空比:40% =`UFg>- 参数范围: kSEgq<i! 光栅高度:50nm—150nm ct<XKqbI 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 6C/Pu!Sx? 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 VF g(: aU_l"+5>vq
t+\<i8 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 A4Q{(z-? 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 ta^$&$l “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ^f9@=I 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 MhJA8|B6| ~+V$0Q;L 10. 优化@193nm结果 F>GPi!O hBVm;`
+\?+cXSc 优化结果: sL;;'S& 光栅高度:124.2nm zKp R:F 占空比:31.6% <{@ D^L6h Ex透过率:43.1% VTY # { 偏振度:50.0 vP=H 2P 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 H )CoByaj Yq4nmr4 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 oTx>oM, 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 ?@kz`BY 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 p<?lF 2EYWX!Bx 11. 300nm到400nm波长范围的优化 {fjBa,o
# DLD9 +KWO`WR 初始参数: C6h[L 光栅高度:80nm kDxI7$]E 占空比:40% $s-B 参数范围: #{#k;va 光栅高度:50nm—150nm Zj_2B_|WN# 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) )u4=k( 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% /Ak\Q5O'3 '-Oh$hqCx|
ovdaK"q2 优化结果: R%q:]. 光栅高度:101.8nm BOP7@ D 占空比:20.9% h7@%}<% Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) hpYv*WH: 偏振对比度:50.0 2aX$7E? 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。
rixVIfVF BPm")DMo 12. 结论 +XW1,ly~ mN . 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) qk>SM|{ 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 U<>@)0~7g! (如Downhill-Simplex-algorithm) R3.w")6 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。 7oc Ng
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