紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) 7Xm7{`jH MCU{@\?Xf 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。 ipnvw4+ orCD?vlh 1. 线栅偏振片的原理 d paZ6g sY!PXD0Q
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 )nyud$9w' 2. 建模任务 703=.xj mV0F^5 lq=|= 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ,T?8??bZ 偏振元件的重要特性: n.p6+^ES 偏振对比度 #>dfP"}&, 透射率 7yxZe4~|# 效率一致性 "TA r\;[ 线格结构的应用(金属) 3 <RkUmR FW(y#Fmqs 3. 建模任务: !r$?66q/
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) qlmz@kTb 4. 建模任务:仿真参数 8;/`uB:zV 7!.%HhU0 偏振片#1: X6%w6%su5 偏振对比度不小于50@193nm波长 o&)O&bNJ 高透过率(最大化) Z=n#XJO15 光栅周期:100nm(根据加工工艺) Y15KaoK? 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ao>bnRXR 偏振片#2: 7
N+;K0 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 n}PK0 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 |ZW%+AQ| 光栅周期:100nm u{xjFx- 光栅材料:钨 1BUdl=o>S y^_'g2H 5. 偏振片特性 ~,KAJ7O_ YG$2ySkDhE 偏振对比度:(要求至少50:1) tJo,^fdfv 8v"tOa4D7
saQA:W; tmiRv.Mhn< 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) <T{2a\i 4f z.n`0`^
Ac!,#Fq jC>l<d_ 6. 二维光栅结构的建模 xiuAW Y ::\;s @=q,,t$r 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。 lob{{AB,! 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 DG}YQr.L 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 cy8+@77 b;K>Q!(|
FU/yJy \)859x&( 7. 偏振敏感光栅的分析
9H:5XR }c(".v# 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。 vAiNOpz# 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) J8I_tF6 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 zq-"jpZG 8. 利用参数优化器进行优化 c0jdZ#H
Z)Y--`*
]^MOFzSz~ 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。 -]c5**O} 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 c n#JO^8 在该案例种,提出两个不同的目标: ,
"w`,c>! #1:最佳的优化函数@193nm 5\1Z"? #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 g{wIdV {Buoo~ 9. 优化@193nm px5~D(N aCzdYv\} &
:UMg5eZ 初始参数: d
(]t} 光栅高度:80nm .kh%66: 占空比:40% e:}8|e~T 参数范围: 7qSlqA<Hs 光栅高度:50nm—150nm J,;[n*s 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) qp
(ng8%c 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ?PORPv# Zy^mSI4i
MN\/F4Io 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 |VMc,_D 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。 NfcY30}: “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 A3ad9?LR[R 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 K1#Y{k5D} Ao)hb4ex 10. 优化@193nm结果 JPL8fX-w :gv`)
']^e,9=Q 优化结果: f%9EZ+OP 光栅高度:124.2nm -e7|DXj 占空比:31.6% 7 y}b (q= Ex透过率:43.1% rm2"pfs 偏振度:50.0 O @fX
+W?U 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。 m)9N9Ii#) dq~p]h~,H 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。 dgPJte%i 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。 `84pql, 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<bq1QG kb1{;c: 11. 300nm到400nm波长范围的优化 B[7|]"L@ Frn#?n)S9 Gxfw!aF~ 初始参数: )k0e} 光栅高度:80nm I!lzOg4~ 占空比:40% K[)N/Q 参数范围: K0 .f4o 光栅高度:50nm—150nm J411bIxD+q 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) b1{~j]"$L 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% KTxdZt vai.",b=n6
Qfo'w%px 优化结果: Mp;t?C4 光栅高度:101.8nm pW O-YZ#+ 占空比:20.9% '"QC^Joz Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) `*PVFm> 偏振对比度:50.0 Z:aDKAboU 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。 :/ns/~5xa: V[,/Hw~d% 12. 结论 8yax.N
j J]ivIQ 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) pVn6>\xa 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,)Ngnd (如Downhill-Simplex-algorithm) A@*P4E`xp 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。 VpMpZ9oM<
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