紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) =z/F=1^< OKqpc;y:D 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。 :acQK=fe %aKkk)s 1. 线栅偏振片的原理 ^pjez+ Za6oYM_z
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 (=/F=,w
2. 建模任务 C|I
1 m '=H^m D+gl ?>y-5B[K/( 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 V~_nyjrJM 偏振元件的重要特性: f UIs(}US 偏振对比度 f3N:MH-c 透射率 zEB1Br, 效率一致性 nX~MoWH1 线格结构的应用(金属) z~H Gc"~ r$F]e]Ic\ 3. 建模任务: H5s85"U#
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) *[H+8/n_ 4. 建模任务:仿真参数 kOCxIJ!Xp= sb
@hGS 偏振片#1: JB+pFBeY 偏振对比度不小于50@193nm波长 9^^#I~- 高透过率(最大化) ^kr)U8 光栅周期:100nm(根据加工工艺) p*0Ve21i, 光栅材料:钨(适用于紫外波段) j''Iai_ 偏振片#2: VTWE-:r 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ?I'-C?(t@1 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 JF*g!sV% 光栅周期:100nm `I8^QcP 光栅材料:钨 Oez}C,0 B`scuLl3 5. 偏振片特性 6^|6V DQ\&5ytP 偏振对比度:(要求至少50:1) mM}Ukmy /6?plt&CA
FIjET1{ rcZ SC3 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) [M^[61 EYxRw
ik*)j !Blk=L+p 6. 二维光栅结构的建模 CFm1c1%Hg HF: T]n, 0f%:OU5Y 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 X`n0b< 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 cN7z(I0[ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 nV3
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*Qx|5L!_ r`&|)Hx 7. 偏振敏感光栅的分析 n2mw@Ay!
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3 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 RQCQGa^cP 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) +n[wkgFd 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 Sz|CreFK16 8. 利用参数优化器进行优化 J,G9m4Z7
dB+GTq=6f p@Y$e Z:O 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。 S<3!oDBs 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ~H|LWCU)K8 在该案例种,提出两个不同的目标: lo UwRz #1:最佳的优化函数@193nm 'UVv(- #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 d?M!acB G>,nZ/,A{ 9. 优化@193nm 4l}M
i D}/=\J/
{!1n5a3" 1 初始参数: bo;pj$eR3R 光栅高度:80nm sV^h#g~Zb 占空比:40% @zynqh 参数范围: wUCDJY:,1 光栅高度:50nm—150nm 0r-lb[n8i 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) bsi q9$F 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ]jVSsSv NhK(HTsvK
3y=<w|4F 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 Flujwh@rg 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。 I0H Y#z% “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 abaQJ| 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 V2s}<uG o`K^Wy~+k# 10. 优化@193nm结果 U=i8>6V qi SEnRG.
\8*,&ak% 优化结果: tM$0 >E 光栅高度:124.2nm (L0hS' 占空比:31.6% {#*? S>DA Ex透过率:43.1% rZ.a>'T4 偏振度:50.0 6Sb'Otw. 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 BY4 R@) sMfFm@\ N 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 -hVv 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 JQ@`EV9, 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 P\X=* +/3
Z 11. 300nm到400nm波长范围的优化 < k+fKl loC5o|Wh Wl !!5\ 初始参数: B)*#g 光栅高度:80nm <Id1: 占空比:40% QBfhyo_ 参数范围: Xrj(,| 光栅高度:50nm—150nm @r/Id{pCI 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ?|">), 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% /G)KkBC V8nz-DL{
Y*kh$E%<# 优化结果: %%as>}. 光栅高度:101.8nm 2%5^Fi 占空比:20.9% 4h;f>BG Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) =MJ-s;raq 偏振对比度:50.0 z^P* : 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。 t*Vao Krp
<bK6 12. 结论 W>?f^C!+m #Z|%0r_~ 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) ~^rey 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 0H OoKh (如Downhill-Simplex-algorithm) )e|$K=
D 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。 BP[CR1Gs
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