紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) u}0U! RG8Ek"D@ 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。 DGJt$o=&@ v;ZIqn" 1. 线栅偏振片的原理 n7p,{KSQ Uaz$<K6
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 W1\F-:4L@ 2. 建模任务 w|G4c^KH 8h '~* 3*C|"|lJ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 7Ap==J{a 偏振元件的重要特性: )OE!vA 偏振对比度 >"|"Gy ( 透射率 *>,#'C2 效率一致性 DlF6tcoI 线格结构的应用(金属) B.Y8O^rx '\wZKYVN 3. 建模任务: gNaB^IY
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) q_b,3Tp 4. 建模任务:仿真参数 A>B_~= 0ME.O+ 偏振片#1: XNaiMpp' 偏振对比度不小于50@193nm波长 E5. @=U,c 高透过率(最大化) !)//b] 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 3q)y;T\yW 光栅材料:钨(适用于紫外波段) /DxeG'O 偏振片#2: 7f_tH_( 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 )2&y;{] 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 P^-daRb
光栅周期:100nm di|5|bn7 光栅材料:钨 +2 x|j> /DE`>eJY 5. 偏振片特性 ;0JK>c
]# D:.1Be`Tv 偏振对比度:(要求至少50:1) eZvG EF5:$#
qu+Zl1~$] !wr2OxK* 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) sA:k8aj ?Vo/mtbY5X
!K8V":1du# YJqbA?i 6. 二维光栅结构的建模 )o N#%%SB< ZB'ms[ mNdEn<W 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。 ,k+F8{Q. 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 R$M>[Kjn 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。
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jlb=]hp8% 4)z*Vux 7. 偏振敏感光栅的分析 `\M}~ 5K[MKfT 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 9 =zZ,dg 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率)
Jknit 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 'E_~> 8. 利用参数优化器进行优化 4Tn97G7
BQF7S<O+ =BVBCh 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 [`_-;/Gx2 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 "[Hn G(gA 在该案例种,提出两个不同的目标: ;(0|2I'" #1:最佳的优化函数@193nm mb#&yK(h #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 l<dtc[
?8TIPz J 9. 优化@193nm Q'R*a(pm wpV)y Q^
S0jYk ( 初始参数: V)#rP?Y 光栅高度:80nm C~q& 占空比:40% Mcm%G# 参数范围: &+Yoob]P 光栅高度:50nm—150nm 344E4F"ph 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) fiZq C?( 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 j=y{ey7Fd ^7,`6g
q-R'5p\C?| 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 `R@b`3*%v 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。
7>!Rg~M “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 rls\3R(jt 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ]mdO3P CCp&+LRvR 10. 优化@193nm结果 \+VQoB/ ^Y?Y5`!Q
w3Z;&sFd 优化结果: )9s
6(Iu 光栅高度:124.2nm m'YYkq(5%Z 占空比:31.6% i;I!Jc_b' Ex透过率:43.1% LR Dj!{k{ 偏振度:50.0 hB??~>i3 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 <EM'|IR? .g52p+Z# 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 r0j+P% 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 eiwPp9[08 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 Dh.pH1ZY3n -'~61=PD 11. 300nm到400nm波长范围的优化 !7y:|k,ac
GjeRp|_Qd< k.Q4oyei 初始参数: a
n,$Z,G#K 光栅高度:80nm ZDTp/5=?K/ 占空比:40% `VD7VX,rp* 参数范围: 5~\GAjf 光栅高度:50nm—150nm p}d+L{"V 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) -$tf` 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% ^zVW 3Y q W}rL HAaDh
'q, L* 优化结果: /`VrV{\/! 光栅高度:101.8nm "HrZv+{ 占空比:20.9% H-5h-p k Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) OoOr@5g 偏振对比度:50.0 3&"+)*/ 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,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 N5|wBm>m ;b;Bl:%? 12. 结论 ]Yx& <)VNEy' 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) $.T\dm- 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 4M*!'sG\ (如Downhill-Simplex-algorithm) I6RF;m:Jw 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。 WdJJt2'
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