紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) /WTEz\k y'_8b=* 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。 ~18a&T: aZA``#p+ 1. 线栅偏振片的原理 lME>U_E ~gfR1SE
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 ~ skp}g] 2. 建模任务 .Fn|Okn^gr +Y%6y]8 A0DGDr PD 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 LCHMh6 偏振元件的重要特性: j<<d A[X 偏振对比度 F_
F"3'[ 透射率 Tz]R}DKB& 效率一致性 !__0Vk[s 线格结构的应用(金属) nYyhQX~]B 9-ozrw8t 3. 建模任务: /5ZX6YkeH
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) fW-C`x 4. 建模任务:仿真参数 t7+A!7b{ &~,4$&_ 偏振片#1: zK<af 偏振对比度不小于50@193nm波长 x)::^'74 高透过率(最大化) M5^Y
W#e 光栅周期:100nm(根据加工工艺) Lzq/^&sc( 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ~ nsb 偏振片#2: Y9+_MxC" 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 3z+l-QO8 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 isZ5s\ 光栅周期:100nm %nZl`<M 光栅材料:钨 ":Wq<Z' _Iy\,< 5. 偏振片特性 B
71/nt9 _;1{feR_ 偏振对比度:(要求至少50:1) iod%YjZu H71sxek3
AcH-TIgM/ Gt`7i( 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) [xMa^A>p $]2)r[eA)
!U^{`V jp[ QU).q65p 6. 二维光栅结构的建模 d#ir=+o{h g68p9#G (`tRJWbdz 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。 OK[J
h 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 #oUNF0L@6 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 2{OR#v~ m#7(<#
l:85 _E $]v}X},, 7. 偏振敏感光栅的分析 t[^$F, _P;D.>? 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。 ?8b19DMK6 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) =*mT{q@ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 3N7H7(IR 8. 利用参数优化器进行优化 tq3Wga!5
K+B978XD zKJ2~= 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。 ,?fJ0n:!% 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 J!I)G&: 在该案例种,提出两个不同的目标: @AsJnf$y #1:最佳的优化函数@193nm V>Wk\'h #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 *ukyQZ9 V2MOD{Maat 9. 优化@193nm 7u):J P15
H[<:Fz
[M?2axOC 初始参数: -fR:W{u 光栅高度:80nm ZO0 Ee1/ 占空比:40% g)D_!iz 参数范围: [|}IS@ 光栅高度:50nm—150nm _VtQMg|u 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) .HqFdsm 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 u;#]eUk9} 'D\Q$q
mgs(n5V5 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 V~J5x >O 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。 / HTY>b “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 }f}. >B0# 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。
xmW~R*^ .g*j]!_] 10. 优化@193nm结果 @f!X%)\;x 'M90Yia
U|(+-R8Z 优化结果: I[\~pi, 光栅高度:124.2nm E-e(K8R 占空比:31.6% /7Q|D sa Ex透过率:43.1% 7nZPh3% 偏振度:50.0 f8
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3ZK 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。 1H)mJVIKkB NkE0S`Xf 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。 *{o7G 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。 cNs'GfD} 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。 C@rGa7 Yo-}uTkw 11. 300nm到400nm波长范围的优化 Cs,H#L )G? qX.D !xM5
A[f 初始参数: aQkOQy 光栅高度:80nm B@,9Cx564 占空比:40% {7o#Ve 参数范围: v*;d 光栅高度:50nm—150nm Ic&h8vSU 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 1I+9?fa 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% :FyF:=
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lOIk$"Ne 优化结果: I7f ^2 光栅高度:101.8nm jvT'N@ 占空比:20.9% ;"3B,Yj Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 3Ob.OwA 偏振对比度:50.0 s6H'}[E< 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 K%^n. )Q)qz$h@ 12. 结论 tAX*CMW yNTd_XPL 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) 8v:{BHX 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 7
,Rg~L (如Downhill-Simplex-algorithm) ~%{2Z_t$ 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。 \-<BUG]=
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