紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) +|#sF,,X4g .fo.mC@a 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。 :Oq!.uO dP)8T 1. 线栅偏振片的原理 ?A62VV51CN 1+#Vj#
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Fdc bmQ 2. 建模任务 0"
R|lTYq Mv4JF(,S =N7N=xY 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 LfgR[! 偏振元件的重要特性: ^o?.Rph|i] 偏振对比度 ]BAF 透射率 NTAPx=!1* 效率一致性 u{6*}6@fi 线格结构的应用(金属) 9SAyU%mS: 3%<ia$ 3. 建模任务: !EpP-bq'*
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) zT_{M
qY 4. 建模任务:仿真参数 }s{zy:1O n4Q!lJ 偏振片#1: *vBcT.|, 偏振对比度不小于50@193nm波长 {Qw,L;R 高透过率(最大化) $:
Qi9N 光栅周期:100nm(根据加工工艺) d6hWmZVC 光栅材料:钨(适用于紫外波段) s/,St!A4! 偏振片#2: xZ,g6s2o 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 B*D`KA 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 ?]3`WJOj 光栅周期:100nm Nu9mK 光栅材料:钨 ?c>j^}A/N .4KXe"~E 5. 偏振片特性 u1]5qtg" eKStt|M' 偏振对比度:(要求至少50:1) M5%u>$2 +8BH%f}X
j/^0q90QO !Rsx) 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) \f{C2d/6j 7J>n;8{%?
}GGFJ" SrHRpxy 6. 二维光栅结构的建模 C'5i>; vZXyc* ]Ff&zBJ 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 `+*
M r 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 bR;H@Fdg? 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 26\1tOj Np Q>Q$BCD5
<cepRjDn ]
YQ*mvI] 7. 偏振敏感光栅的分析 gCwg ;c- TR:D 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。 mH}AVje{
` 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) >_&+gn${ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 u4.-AY { 8. 利用参数优化器进行优化 roRZE[ya
|0-5-. vx-u+/\ 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。 _Thc\{aV# 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`b 在该案例种,提出两个不同的目标: ~yO.R)4v #1:最佳的优化函数@193nm =<33( #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 U15Hq*8Z r}vI#;& 9. 优化@193nm WJJ!NoP $9ON3>
*M KVm)Iv 初始参数: Re.fS6y$> 光栅高度:80nm R8HA X 占空比:40% 44_n5vp,T 参数范围: -{P)\5.L 光栅高度:50nm—150nm qe\j$Cjy 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) \6@}HFH 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 \ &_
- }b,a*4pN
Iem* 'r 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。
?f &*mp 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 )EcF[aO “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 |/r@z[t 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 jP}N^ LY^BkH' 10. 优化@193nm结果 t$UFR7XE 2Jj`7VH>
v_G4:tY 优化结果: ^{Mx?]z 光栅高度:124.2nm ,~G[\2~p 占空比:31.6% \>jK\j Ex透过率:43.1% uHwuw_eK` 偏振度:50.0 2poU\|H 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。 eL-92]]e ^&Qaf:M 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。 T mUn/ 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。 n287@Y4Ru 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。 s!UC{)g, a_Xh(d$ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 {~d4;ht1Y +/UInAM &os*@0h4 初始参数: tc#
rL 光栅高度:80nm ozGK
-$ 占空比:40% ,,,5pCi\ 参数范围: _39b8s{ 光栅高度:50nm—150nm w#"c5w~ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ,rTR
|>Z 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% ,',fO?Qv' h3JIiwv0!
}*+ca>K 优化结果: UkeW2l`: 光栅高度:101.8nm 2>s:wABb / 占空比:20.9% wGbD%= Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) \WZ00Y,* 偏振对比度:50.0 Ho\z^w+T` 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。 uRUysLIw _u.l|yR 12. 结论 7]
~'8 2M|jWy _ 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) 6idYz"P % 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 <hS >L1ZSr (如Downhill-Simplex-algorithm) H,zRmK6A% 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。 WRD^S:`BH
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