紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) AtDrQ<>y' ,IE0+!I 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。 w>_EM&r6~u J
*?_SnZ 1. 线栅偏振片的原理 "lf3hWGw u$8MVP
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Els= :4 2. 建模任务 t}*!UixE GQq'~Lr5 8 {%9%{ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ]_8I_VcQ 偏振元件的重要特性: L$Ar]O) 偏振对比度 4ZpF1Zc4B 透射率 }tO<_f)) 效率一致性 }#5roNH~Z 线格结构的应用(金属) B
RjKV #-j!
;? 3. 建模任务: E=lfg8yb:
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) _kX/LR"L+ 4. 建模任务:仿真参数 _J~ta. dt&Lwf/ 偏振片#1: ]V^.!=gh$ 偏振对比度不小于50@193nm波长 {}&f\6OI% 高透过率(最大化) B\>}X_\4 光栅周期:100nm(根据加工工艺) J*KBG2+13 光栅材料:钨(适用于紫外波段) [3sxzU!t~ 偏振片#2: %aE7id>v6 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 X3L[y\ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 A6 y~_dt 光栅周期:100nm p2DNbY\] 光栅材料:钨 qs1.@l(" *
r4/|.l 5. 偏振片特性 _6S
b.9m Sb9=$0%\ 偏振对比度:(要求至少50:1) 3et2\wOX1x {G1aAM\Hz
YEPG[W<kg <Dj$0g 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ^r$iN %&~ MD
?F1l"}%
+s(IQt $ X=D9h 6. 二维光栅结构的建模 KkL:p?@n ;ko[(eFN@ /mBBeg^a 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。 )4L%zl7 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 +x9"#0|k; 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 q>|[JJ*6_N jl e%|8m&@
t3#H@0< ~Riu*< 7. 偏振敏感光栅的分析 X!#i@V x#j\"$dla 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。 ? __aVQ7 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) m]=oaj@9 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 Q+!0)pG5# 8. 利用参数优化器进行优化 A M1C
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}@:QYTBi } aO^:dl5 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。 :B*vkwT 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 \Sw+]pr~ 在该案例种,提出两个不同的目标: Z4HA94 #1:最佳的优化函数@193nm ra9cD"/J & #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 gP%|:" e:$7^Y,U/ 9. 优化@193nm %CxEZPe$ 4j=<p@
W8G9rB|T 初始参数: "^9[OgE: 光栅高度:80nm _^6|^PT. 占空比:40% Gq0]m 参数范围: ol$2sI=.s 光栅高度:50nm—150nm eC>"my` 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) H:q )^$s 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 *?^Z)C> /B,:<&_-
" K 8&{= 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 6WE&((r^ 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#^'lKIx “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 p{ @CoOn 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 )|w*/JK\Z ,&.W6sW 10. 优化@193nm结果 ^w:OS5 %R 0$eyT-:d
G3RrjWtO 优化结果: E /fw?7eQ 光栅高度:124.2nm uQGz;F x 占空比:31.6% Ni2]6U Ex透过率:43.1% Sao>P[#x 偏振度:50.0 EKZ$Q4YE 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。 H-eEhI(;O ,M\j%3 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。 i(Ip(n 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。 HQq`pG%m6 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。 <,jAk4 \\=.6cg<K 11. 300nm到400nm波长范围的优化 [RAj3Fr0 2HcsQ*H]G Y)$52m5rM 初始参数: ZhH+D`9 光栅高度:80nm ~O \}/I28 占空比:40% !G7h9CF|{ 参数范围: B,3 t` 光栅高度:50nm—150nm ($c`s8mp 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) <5dH *K 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% JW=uK$s O )))2fskZ
cL#-*_( 优化结果: A:/}` 光栅高度:101.8nm Hw Z^D=A 占空比:20.9% =(%*LY!Xc Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) |V lMmaz 偏振对比度:50.0 d7E7f 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 tyB)HF sH%&+4!3 12. 结论 ! Q!&CG5l j~epbl)pC 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) ~P/]:= VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 ;d4y{ (如Downhill-Simplex-algorithm) |"Z-7@/k$i 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。 ?1CJf>B >
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