紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) \2=I//YF livKiX` 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。 R2?s
NlF TBrwir 1. 线栅偏振片的原理 }:YL'$:5! 7]{t^*
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 LLT6*up$ 2. 建模任务 K!qOO ~4Gc~ " iLJ@oM;2 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 PYWFz 偏振元件的重要特性: ,52Lm=n 偏振对比度 o~e_M- 透射率 &zB> 效率一致性 ]LZ#[xnM7 线格结构的应用(金属) G u_\ySV/y /O.Ql,6[ 3. 建模任务: P_0[spmFU
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) =H8FV09x} 4. 建模任务:仿真参数 rv(N0p/ EI*~VFx 偏振片#1: C>x)jDb? 偏振对比度不小于50@193nm波长 boCi*] 高透过率(最大化) 5@r6'Z 光栅周期:100nm(根据加工工艺) C|Y[T{g?t 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 7FPSBvU#/ 偏振片#2: )`{m |\b 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 QW,:'\G 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 |a"]@W$> 光栅周期:100nm Jn d_cJ ]a 光栅材料:钨 pZeOdh J^CAQfcx 5. 偏振片特性 RCYv 2=m>Q HfhI9f_ x 偏振对比度:(要求至少50:1) Kr'? h'F g(X`.0
QICxSk :L+xEL 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) #9r}Kr=P r5UVBV8T
1eV&oN# :<B_V< 6. 二维光栅结构的建模 T30fp wT- <#+L\ gg rYf* 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。 {wA8!5Gu 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 =O"]e/CfO 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 <z2.A/L / [49iIzC
,{S $&g* 13Z,;YW 7. 偏振敏感光栅的分析 K-\wx5#l/ 0fBwy/: 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 R_g(6l"3R^ 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) 5yK#;!:h 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 vX6JjE! 8. 利用参数优化器进行优化 ;b=diZE
/bo=,%wJ[ hx;kNcPbI 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 ;Wy03}K4J 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 bri8o" 在该案例种,提出两个不同的目标: 3{~(_ #1:最佳的优化函数@193nm ,D }Ka? #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 )4qspy3 sT!?nn3O` 9. 优化@193nm R!"|~OO WHv6E!^\_
BQ u8$W 初始参数: hGrX,.zj 光栅高度:80nm v'?o#_La+ 占空比:40% #"!ga)a%L 参数范围: 7bO>[RQB 光栅高度:50nm—150nm 2*O#m 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) z&9MkbH1 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 f&^"[S"\f ;a@riPqx!
j0~c2 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 9#hp]0S6 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。 H<fi,"X^ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 2bw), W 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 p6BDhT(RS 0U*f"5F 10. 优化@193nm结果 c;"e&tW fa/o4S<
W$,/hB& z 优化结果: /{[<J<(8 光栅高度:124.2nm #prYZcHv:_ 占空比:31.6% nIlTzrf6 Ex透过率:43.1% ,9I-3**W 偏振度:50.0 Xp06sl7 M 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 4[kyzz x u8>aO>(bVg 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 M6Xzyt| 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 1QD49) 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 =X5w=(& J%r:"Jm[y1 11. 300nm到400nm波长范围的优化 AD`5:G #T>?g5I ;P ju O 初始参数: 3J
5,V 光栅高度:80nm +L'Cbv= " 占空比:40% :tnW ivrwR 参数范围: W*_c* 光栅高度:50nm—150nm 6E1~dK0t 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ZQKo ]Kdr 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% T!9AEG l/nBin&YGv
P* &0HbJ 优化结果: l"`VvW[ 光栅高度:101.8nm 73'A Q")UJ 占空比:20.9% =ca[*0^Z7 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) t@MUNW`Q 偏振对比度:50.0 I2RXw 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 a]5y
CBm W(Sni[c{ 12. 结论 xgkCN$zQ` ey9hrRMR 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) VR1]CN"G 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 ZDp^k{AN9a (如Downhill-Simplex-algorithm) {t!
&x: 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。 V*2*5hx
|