紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) A$$R_3ne vi()1LS/! 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。 HT1dvC$COo nOL 25 Y: 1. 线栅偏振片的原理 D+@/x{wX2 [f0oB$
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 vb80J<4 2. 建模任务 eO[Cb]Dy: #E~WVTOw yScov)dp( 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 +p%5/smfs 偏振元件的重要特性: 1zEZ\G 偏振对比度 nP3;<*T P0 透射率 WPh |~]by< 效率一致性 MSm`4lw 线格结构的应用(金属) S
&lTKYP ytcG6WN3 3. 建模任务: 6{,K7FL
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ^QL/m\zq@% 4. 建模任务:仿真参数 U{:(j5m ")[Q4H;V 偏振片#1: E]U3O>hf 偏振对比度不小于50@193nm波长 X6"^:)&1M 高透过率(最大化) GF/x;,Ae 光栅周期:100nm(根据加工工艺) wDC/w[4: 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 1\.zOq# 偏振片#2: ?}lp o; $ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ^Hhw(@`qf 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 r{N{!"G
光栅周期:100nm N@du.d: 光栅材料:钨 GVHfN5bTqn 9'*ZEl^?D 5. 偏振片特性 7)6Yfa]I% O]r3?= 偏振对比度:(要求至少50:1) Pk?%PB?Z q9]^+8UP
:Kc0ak)<n ]OCJ~Zw 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) cTIwA:)D A(@gv8e[H^
'rq#q)1MT o:Os_NaD 6. 二维光栅结构的建模 $CYpO}u# 22|M{ V1fvQ=9 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。 'V9aB5O&
通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 sq6% =(q(? 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 "qP^uno s2v#evI`+
"drh+oo. { )GEgC 7. 偏振敏感光栅的分析 U.j\u>a R{Kd%Y:2Y 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。 G mUs U{ 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) mW(_FS2%, 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 Rc.<0# 8. 利用参数优化器进行优化 1*,~ 1!>
ci NTYow WUK.>eM0 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。 <Ibr.L] 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 iF_r'+j 在该案例种,提出两个不同的目标: 8cPf0p: #1:最佳的优化函数@193nm 'e)ze^Jq #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 _M4v1Hr48 DW%K'+@M 9. 优化@193nm gsq[ 9 }/}`onRZ
*]| JX& 初始参数: }b\q<sNE{ 光栅高度:80nm h|uP=0 占空比:40% M |kDys 参数范围: vc{]c
} 光栅高度:50nm—150nm Dt'e<d Is 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 0]w[wc
< 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 0BP~0z E=~WQ13Q
eV=sDx 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 O|TwG:! 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。 !J(,M)p! “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Y'H/
$M N 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 x<7` 109] 5@rqU(]< 10. 优化@193nm结果 z>g& ?vo2 5*za]
UT7lj wT 优化结果: oc%le2 光栅高度:124.2nm k)' z<EL6c 占空比:31.6% A-!qO|E[- Ex透过率:43.1% n
ZZQxV, 偏振度:50.0 MW@b;=( 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。 $=SYssg7La OiEaVPSI; 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。 /Z_ [)PTH 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。 mBkQ
8e 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。 }'v?Qq \iSBLU 11. 300nm到400nm波长范围的优化 G'C^C[_W #@"rp]1xv yVv3S[J 初始参数: "A`'~]/hE 光栅高度:80nm DOU?e9I2 占空比:40% 8_$2aqr 参数范围: YVp0}m 光栅高度:50nm—150nm
!@1!ld 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ~'\u:Imuo 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% Q</HFpE leJd){
F>R)~;Ja 优化结果: E?o8'r 光栅高度:101.8nm X^^ D[U 占空比:20.9% . L%@/(r Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) #T`+~tW'| 偏振对比度:50.0 $oj<yH<i 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。 )`7h,w
J[1 Fa^]\: 12. 结论 nE%qm - k5
l~ 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)
S6Pb V} 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 :?W:'% (`[ (如Downhill-Simplex-algorithm) M_I\:Q 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。 q8]k]:r
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