紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) U/p|X) p
K= 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。 ,p3moD
3 e7# B? 1. 线栅偏振片的原理 =~|:93]k C VyYV &U,
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 j$%uip{ 2. 建模任务 FF} A_ZFY v"Z`#Bi vc r5 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 M@TXzn!&o 偏振元件的重要特性: _,G^#$pH 偏振对比度 e
[}m@a 透射率 9hNHcl. 效率一致性 +DpiX&^h 线格结构的应用(金属) li`4&<WGC ` 6'dhB 3. 建模任务: EId_1F;V^
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) -_4ZT^.Lna 4. 建模任务:仿真参数 2u=Nb0 &OXnZT3P 偏振片#1: jf|5}5kSlf 偏振对比度不小于50@193nm波长 )"]Nf6 高透过率(最大化) u` j9m@` 光栅周期:100nm(根据加工工艺) F:vHbs `y 光栅材料:钨(适用于紫外波段) hU]Gv)B 偏振片#2: MT?;9ZV} 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 v[}g+3a 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 uFXu9f+ 光栅周期:100nm (mvzGXNz4 光栅材料:钨 ~?BN4ptc CSBk 5. 偏振片特性 6q8b>LG| s .xJ},E9 偏振对比度:(要求至少50:1) / }tMb X
(0`"rjg
;FI"N@z >&`S$1 o 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) U`-]U2" xGU~FU
/HiRbwQK# <O]TM-h 6. 二维光栅结构的建模 >
]()#z 0IP5&[-P InCJ4D 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。 <"SOH;w 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 b5Sgf'B^ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 13lJq:bM "y5LojdCs
*w/})Y3^ "F.0(<4) 7. 偏振敏感光栅的分析 `62iW3y \A ?B{* 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。 MD62ObK! 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) -wi zUp 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 u5LrZt]k 8. 利用参数优化器进行优化 Js706
1X7tN2tQ jIOrB} 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。 3<L>BakD 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 lls-Nir% 在该案例种,提出两个不同的目标: L]_1z #1:最佳的优化函数@193nm o2J-& #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 |;[%ZE" =D@+_7\? 9. 优化@193nm ;rK=
jz^Q s>VpbJ3S
<NVSF6` 初始参数: ;YYo^9Lh} 光栅高度:80nm
Q9!T@ 占空比:40% 9|}u"jJB%E 参数范围: )T_o!/\*|* 光栅高度:50nm—150nm |d@%Vb_ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) yGN2/>] 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 &/}reE* Ns*&;x9
/&`sB| 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 >&mNC\PA 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。 Hfw*\=p
“贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 n*Q~<`T 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 W>*9T? @Z fQ)q\ 10. 优化@193nm结果 hyPVt6Gkj Bj-80d,
`o;E 优化结果: &:3uK` 光栅高度:124.2nm )e1&[0 占空比:31.6% LrL
ZlJf Ex透过率:43.1% 9MI~yIt`L 偏振度:50.0 wTu_Am 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。 ;nDCyn4i] I&jiH) 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。 bGO[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。 \m\E*c
): 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。 ?
_>L<Y 8H%-/2NW 11. 300nm到400nm波长范围的优化 h
!yu. v dE`a1H% O:'ENoQ:& 初始参数: =F B[<% 光栅高度:80nm e)#O-y 占空比:40% ./iC 参数范围: 5vfzSJ 光栅高度:50nm—150nm WPN4mEow 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 2!7)7wlj0 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% \Y4>_Mk 0pC}+
+
4IT`8n~ 优化结果: 4=Wtv/
3 光栅高度:101.8nm ]I+"";oQGB 占空比:20.9% y,.X5#rnX* Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) s.zfiJ 偏振对比度:50.0 6ojEEM 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。 pKnM= N1f W`qiPLk 12. 结论 r&MHww1i Xq"_^ 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) >`3wEJ"< 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 Dm")\"5\? (如Downhill-Simplex-algorithm) P_ [A 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。 QO-R>
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