紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) aAgQ^LY wv^n# 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。 f'TEua_` N t\ZM 1. 线栅偏振片的原理 Y;kiU 22 feYm|
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 H^M>(kT#& 2. 建模任务 U+&Eps&NI x
kdC-S ;*WG9Y(W 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 I8uFMP 偏振元件的重要特性: i ;^Ya 偏振对比度 5t-,5 透射率 |mcc?*%t8 效率一致性 ]88qjKL 线格结构的应用(金属) >~_)2_j ~EU\\;1Rmq 3. 建模任务: wZWAx
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) 9+3 VK 4. 建模任务:仿真参数 .AZwVP< tTWEhHQ` 偏振片#1: B:Hr{%O 偏振对比度不小于50@193nm波长 I+
Y{_yw"f 高透过率(最大化) OsKtxtLO 光栅周期:100nm(根据加工工艺) lX"6m}~D 光栅材料:钨(适用于紫外波段) /*MioaQB}p 偏振片#2: b7B|$T, 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 dg_w$# 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 n}c~+0`un 光栅周期:100nm $=) Pky-~ 光栅材料:钨 ~0@fK<C)O qw{`?1[+ 5. 偏振片特性 PbsxjP %`YR+J/V 偏振对比度:(要求至少50:1) -!}3bl*(7 c=X+uO-
u08QE, -+0kay% 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ?wFL\C r-.>3J
7VL|\^Y `q f+8 QAvh 6. 二维光栅结构的建模 Qqs1%u;e8 o4wSt6gBcJ AQmHa2P 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 216$,4i 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 O8SE)R~ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 {`,)<R>} X-#&]^d
ESYF4-d+ zTc*1(^ 7. 偏振敏感光栅的分析 </u=<^ire fP\q?X@]E 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。 MpBdke$ 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) %"eR0Lj+zq 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 gY8$Rk
% 8. 利用参数优化器进行优化 =1@LMIi5x
Ih>s2nL Wky9wr:g 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 t"Ah]sD 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 Ri~$hs! 在该案例种,提出两个不同的目标: 8;r #HtFM #1:最佳的优化函数@193nm @&Bh!_TWc #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 ^\&FowpP gu+zfvkcY 9. 优化@193nm m uy^>2p U7?v4O]D[
EO~L.E%W 初始参数: Gx6%Z$2n 光栅高度:80nm %qiVbm0 占空比:40% lo(C3o' 参数范围: oeB'{bG 光栅高度:50nm—150nm Q;g7<w17 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) O9p s?{g 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ');vc~C _OyQ:>M6P
x7U=1y( 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 ^6 z"@+;* 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。 23WrJM!2N “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ]%FAJ\ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 b^Re947{g "ayV8{m^3 10. 优化@193nm结果 I<ohh`. t>/x-{bH\
S#?2E8 优化结果: 3h d30o 光栅高度:124.2nm sQac%.H;`U 占空比:31.6% J E7m5kTa Ex透过率:43.1% 6{Q-]LOc[. 偏振度:50.0 .<F46?HS 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~G(7t )38%E;T{X 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。 e-`.Ht 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。 eNK[P=- 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。 DZtpY{=Z #-<Go'yF 11. 300nm到400nm波长范围的优化 [I3Nu8 t4[q:[1 &h5Y_no GX 初始参数: XhHgXVVGG< 光栅高度:80nm ;Pt8\X 占空比:40% C| ~A]wc= 参数范围: _ERtL5^ 光栅高度:50nm—150nm ypx~WXFK 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) abQ.N 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% $Gv@lZ@= {zvaZY|K"
_&BK4?H@b 优化结果: 8 O9^g4? 光栅高度:101.8nm dAx
? , 占空比:20.9% Z%]K,9K Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) -smN}*3[ 偏振对比度:50.0 )>:~XA|? 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。 w;`Jj- 1>j,v+ 12. 结论 "u!gfG?oH _d5:Y 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) RI&O@?+U 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 ~p?ArZb (如Downhill-Simplex-algorithm) ;v@ G 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。 gGL}FNH
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