紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) FTQ%JTgT \u>"s 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。 tP2qK_\e= j"|=C$Kn/ 1. 线栅偏振片的原理 QiLEL H+ 0$tHi
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 846$x$G4 2. 建模任务 /s[l-1zW f/Hm{<BY
Qkd<sxL 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 :xh?eN& 偏振元件的重要特性: ghX|3lI\q 偏振对比度 F;l$.9? .s 透射率 OZTPOz. 效率一致性 8&3V#sn' 线格结构的应用(金属) n ;$5Cq!v= sZL#xZ5
Df 3. 建模任务: `>?ra-
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) LX@/RAd vz 4. 建模任务:仿真参数 o_D?t-XH L\&<sy"H 偏振片#1: bV8!"{ 偏振对比度不小于50@193nm波长 ^H2-RBE# 高透过率(最大化) _%B^9Yl3( 光栅周期:100nm(根据加工工艺) USVqB\# 光栅材料:钨(适用于紫外波段) $T`<Qq-r 偏振片#2: rfgI$eu
偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 LwK+:4$ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 pDh{Z g6t 光栅周期:100nm 8 XICF 光栅材料:钨 L. EiO({W "=+7-` 5. 偏振片特性 F8uNL)gKj) Q"t<3-" 偏振对比度:(要求至少50:1) ~5 *5 59!Fkd3
;}1xn3THCn ]6{*^4kX 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) sz)oZPu| nIoPC[%_
GD:4"$)[o sp
]zbX? 6. 二维光栅结构的建模 13+<Q \ u&9 r2R959 qpsvi.S 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 Cz W:L&t 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ^kgBa2 7 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 +]|Z%;im kdCP
s-RQMK}H T`9u!#mT= 7. 偏振敏感光栅的分析 >(<ytn t= RiTa \ 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 sj8~?O 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) :mS# h@l 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 x+h~gckLb 8. 利用参数优化器进行优化 DwV4o^J:l
:KKa4=5L PT^c^{V 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 #!9S}b$ 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 L3p` 在该案例种,提出两个不同的目标: +dPL>R #1:最佳的优化函数@193nm V=X:= #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 R.s^o]vT +e-,ST&w( 9. 优化@193nm O$g_@B0E1 8`]=C~G
(Si=m;g 初始参数: mrJQ# 光栅高度:80nm ooj~&fu 占空比:40% |w*R8ro_ 参数范围: 5PIZh< 光栅高度:50nm—150nm `T2$4 >! 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ;oxAe<VIj 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 #"ftI7=42 7JDN{!jT
Z Dhx5SL& 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 m3^/:< 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 +"ueq “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 c DrebU 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 5 #]4YI; T%F0B` 10. 优化@193nm结果 7$k8%lI;> QR>
Y%4 ;h
}4>JO"" 优化结果: oA
tsUF+a 光栅高度:124.2nm e9^2,:wLB 占空比:31.6% _}mK!_` Ex透过率:43.1% DXQi-+? 偏振度:50.0 [WB{T3j 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。 cE{ =(OQ =C
f(B<u 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。 "%@uO)A / 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。 Iia.k'N 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。 vtMJ@!MN; g6sjc,` 11. 300nm到400nm波长范围的优化 HhkN^S, n+D#k 8{ XNH4==4 初始参数: YCw('i(| 光栅高度:80nm rwpgBl 占空比:40% >Jm"2U}lZW 参数范围: %HSl)zEo>C 光栅高度:50nm—150nm ?z"KnR+?Q 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) hkW{88 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% w}M3x^9@ .yVnw^gu
b4 hIeBI\ 优化结果: B50 [O! 光栅高度:101.8nm R I@*O6\/I 占空比:20.9% ]@SU4 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) z };ZxN 偏振对比度:50.0 4&N$: j< 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 JJl7JwSTW JfTfAq] 12. 结论 C(,=[Fi- g8yN%)[ 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) ?mOg@) wx VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 ?Bu}.0ku-$ (如Downhill-Simplex-algorithm) KzkgWMM 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。
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