紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) 6ALjM-t=V c7CYulm 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。 k$$SbStD F_079~bJ 1. 线栅偏振片的原理 e66Ag}Sw| 'Xik2PaO
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 6FDj :~ 2. 建模任务 "M/c0`>C!i B Ewa QvQ! 'xS@cFo( 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 (BY 0b%^ 偏振元件的重要特性: HzM\<YD 偏振对比度 "G%S
m") 透射率 Q0xGd(\ 效率一致性 6%V:Z 线格结构的应用(金属) <y7{bk~i p&I>xu8fl 3. 建模任务: ;bwBd:Y
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) y A5h^I 4. 建模任务:仿真参数 +pYgh8w@ {XU!p: x 偏振片#1: M4Cb(QAVP 偏振对比度不小于50@193nm波长 "E+;O,N- 高透过率(最大化) 4A+g-{d 光栅周期:100nm(根据加工工艺) b'pwRKpx 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ?=lb@U 偏振片#2: A{>w5T 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 4L>8RiiQE; 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 T"99m^y 光栅周期:100nm ObM/~{rKx 光栅材料:钨 J4eU6W+ { EY]H*WJJ 5. 偏振片特性 (+gTIcc
> =w`Mc\o " 偏振对比度:(要求至少50:1) A$p&<# q25p3
}V]*FCpQ L{~ ]lUo 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) G-i2#S !{*yWpZ:
z?13~e[D &n,v@
gt 6. 二维光栅结构的建模 (}wPu&Is,C yW?-Z[ ^0"^ 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 iZk4KX 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 hqeknTGsIn 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 i;pg9Vw F4~OsgZ'N
3B;Gm<fJ9N 1q;R+65 7. 偏振敏感光栅的分析 n3?P8m$ <
e3] pM 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。 (,sz. 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) +o3n%( ^~ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 j&dCP@G 8. 利用参数优化器进行优化 _3W .:
pS-o*!\C. Zz (qc5o,F 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。 >/Z*\6|Zx# 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ommW 在该案例种,提出两个不同的目标: XR8`,qH> #1:最佳的优化函数@193nm S7J.(;
82 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 SeZ+&d -hfDf{QN 9. 优化@193nm rhzI*nwOT [-Z 6QzT
+z9BWo!{I 初始参数: 2@T0QJ 光栅高度:80nm wY8Vc" 占空比:40% Q,9KLi3 参数范围: Uf_mwEE 光栅高度:50nm—150nm c='W{47 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) JoB-&r}\V* 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 OWz{WV. i:N-Q)<Q*)
vR#MUKfh 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 #2\M(5d 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。 `r&Ui%fk;0 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 9(X~ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 T__@hfT wmK;0 )|H 10. 优化@193nm结果 |CQjgI|; i`6utOq
\{rhHb\|h 优化结果: Ts, U T L 光栅高度:124.2nm H[g i`{c 占空比:31.6% >yenuqIKQv Ex透过率:43.1% f7 ew<c\ 偏振度:50.0 IN;!s#cl: 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。 Y$^vA[]c> 9]chv>dO)= 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。 k,OxGG 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。 +yr~UP_
} 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。 bA6^RIf? zb~;<:< 11. 300nm到400nm波长范围的优化 -'oxenu $rjm MSxi t
~]'
{[F 初始参数: &f A1kG% 光栅高度:80nm b!QRD'31'j 占空比:40% N>s3tGh 参数范围: *c.w:DkfB 光栅高度:50nm—150nm blG?("0! 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) vPZ0?r_5W 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% ndBqXS ok-q9dM
RU.MJ
kYQ5 优化结果: F_}y[Yn^ 光栅高度:101.8nm Efd@\m:~> 占空比:20.9% FAGi`X<L Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) Mu" vj*F 偏振对比度:50.0 Nb0T3\3W 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。 a*,V\l|6 djdSD 12. 结论 Uu`}| &@i t1#f*G5 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) L]X Lv9J0 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 5}]gL (如Downhill-Simplex-algorithm) kmJ<AnK 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。 K(NP%:
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