紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) M@<9/xPS GGr82)E 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。 X-kOp9/. qP<D9k> 1. 线栅偏振片的原理 ' h<( 0V21_".S
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 zxCx2.7 2. 建模任务 .(.< {,+c M<n'ZDK`W 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 jBOl:l,+ 偏振元件的重要特性: )7NI5x^$ 偏振对比度 7>BfHb 透射率 %K-8DL8|( 效率一致性 h_S>Q 线格结构的应用(金属) D\9-/p {&mHfN 3. 建模任务: K)~a H
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图)
w:QO@ 4. 建模任务:仿真参数 _/noWwVu p/VVb% 偏振片#1: |g)>6+?]W 偏振对比度不小于50@193nm波长 I4?oBq 高透过率(最大化) \|HNFx T` 光栅周期:100nm(根据加工工艺)
Wu'qpJ 光栅材料:钨(适用于紫外波段) j]<K%lwp 偏振片#2: uW[[8+t| 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 7#%Pry 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 ^PezV5( 光栅周期:100nm J;8d-R5 光栅材料:钨 M?%x=q\< 0FI
|7 5. 偏振片特性 [i ~qVn2vT
Pap6JR{7 偏振对比度:(要求至少50:1) SnQT1U% 3cL
iZ%6^ 3U+FXK#6 HdI)Z<Krp 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) `>)Ge](oN 62qjU<Z _7<{+Zzm xi(\=LbhY 6. 二维光栅结构的建模 ~r5S{& z77>W}d .E}lAd.Mn 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。 Gb\PubJ 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 poxF`a6e+ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 9"]#.A^Q* ikV;]ox ufL<L;Z\; qrlC
U4 7. 偏振敏感光栅的分析 ]>VG}e~b ebQgk
Y= 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。 oIj=ba(n1 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) A!B.+p[G 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 d9M[]{ 8. 利用参数优化器进行优化 F. SB_S<'
<SI|)M,, 3 ^F+7<$2 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 lt&(S) 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 P$#: $U@ 在该案例种,提出两个不同的目标: 1d<Uwb> #1:最佳的优化函数@193nm 3>aEP5 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 YiDO V) zR^Gy" 9. 优化@193nm Tz,9>uN |2u=3#Jp
nm,LKS7 初始参数: |
:-i[G?n 光栅高度:80nm V^5d5Ao 占空比:40% K8sRan[4} 参数范围: `Zm6e!dH- 光栅高度:50nm—150nm + '_t)k^ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 7PX`kI 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 3uqhYT; EyE#x_A
5dj@N3ZX7; 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 (O5Yd 6u 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 4\Y5RfLB_ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 VWvSt C 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 d}[cX9U/ -V|"T+U 10. 优化@193nm结果 qJrT j )6
#_wq#rF 优化结果: "0P`=n 光栅高度:124.2nm lb-1z]YwQ 占空比:31.6% ^es]jng` Ex透过率:43.1% 3N2dV6u 偏振度:50.0 V*uE83x1 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。
J, 9NVw$ ~P1~:AT 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。 YB5"i9T2 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。 6QX m]<
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。 go uU %L+q:naZe 11. 300nm到400nm波长范围的优化 !mmMAsd, -Z"4W hw^&{x 初始参数: CI'RuR3y]Z 光栅高度:80nm CJ
:V %| 占空比:40% br[iRda@ 参数范围: F)LbH&Kn 光栅高度:50nm—150nm 2X?GEO]/4 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) f~`=I NrU 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% lM6pYYEq= hy5[
L`B
<1D|TrP 优化结果: sS>b}u+v#! 光栅高度:101.8nm o}OY,P 占空比:20.9% 0ns\:2)cEB Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) Y^eN}@]?& 偏振对比度:50.0 ]ordqulq1 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。
)(G9[DG ^`&'u_B!+ 12. 结论 _QPqF{iI 8D='N`cN+ 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) D@O`"2 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 Ax;[ Em?I (如Downhill-Simplex-algorithm) 6>a6;[ 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。 +1ICX
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