紫外光栅偏振片的参数优化
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。 j8ebVq P*;zDQy 1. 线栅偏振片的原理 +p:@,_ _~E&?zR2>"
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Lcyj,R 2. 建模任务 e7.!=R{6 kdrya [8QE}TFic 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 jFBnP,WQ 偏振元件的重要特性: ,HQaS9vBQ 偏振对比度 hVcV_ 透射率 \WeGO.i- 效率一致性 bJE$> 线格结构的应用(金属) M(2c{TT hD:$Sv/H 3. 建模任务: n3kYVAgF
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) e/<Og\}P/ 4. 建模任务:仿真参数 ?g$dz?^CK& V0h 偏振片#1: $fE$j { 偏振对比度不小于50@193nm波长 L@{5:#- 高透过率(最大化) )'RLK4l 光栅周期:100nm(根据加工工艺) ?*Kewj 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 3Yd)Fm 偏振片#2: T?+xx^wYk 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 huau(s0um 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 f}'E|:Z 7k 光栅周期:100nm q)uq?sZe 光栅材料:钨 F_$ K+6 uz1t uX_ 5. 偏振片特性 o|nj2 . 7='M&Za 偏振对比度:(要求至少50:1) v?\bvg\E )up!W4h6o
;,y9 24Y~x`W 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ,zLi{a6 l*]L=rC
j_?U6$xi @GYM4T 6. 二维光栅结构的建模 MOFIR
wVZ+ 10JxfDceD )h~MIpWR 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 5s>$ 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 Z50]g 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 CW Y'q P(W7,GD,k
}XiS:
Mp~E$f 7. 偏振敏感光栅的分析 Nd&u*&S u8*Uia*vwH 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。 (d[)U< 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) .( vS/ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 AR?J[e 8. 利用参数优化器进行优化 oUm"qt_
/0 ,#c2aq tLpDIA_8 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。 `?Wak=]g 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 6P'
m0 在该案例种,提出两个不同的目标: m?_S&/+* #1:最佳的优化函数@193nm oSt-w{! #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 i+&*W{Re 74%,v| 9. 优化@193nm J%3%l5/ S*:b\{[f>
Rtn.cSd 初始参数: MOyQ4<_ 光栅高度:80nm
_tN"<9v. 占空比:40% im_W0tGvF 参数范围: ~)}npS; 光栅高度:50nm—150nm -lyT8qZ:( 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) JLRw`V,o7 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 X LPO_tD fAf sKO*
e.i5j^5u 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 u(SdjLf: 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。 O'" &9 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 'u$$scGt 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 V2%FWo| ~;| 10. 优化@193nm结果 5-bd1!o 7,_N9Q]rB
5A/G? 优化结果: b IcLMG
s 光栅高度:124.2nm u|=_!$8 占空比:31.6% ZYrXav< Ex透过率:43.1% W z3y+I/& 偏振度:50.0 ow
~(k5k: 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 ]xA;*b;|h eQno]$-\ 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。 kVQKP U 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。 _I~W!8&w> 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。 ]E88zWDY` Se*GR"Z+ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 T?)?"b\qz cgm]{[f OR4!73[I 初始参数: Uw5z]Jck 光栅高度:80nm S[{#AX=0 占空比:40% _;{n+i[ 参数范围: p}!rPd* 光栅高度:50nm—150nm x9~d_>'A 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) v-X1if1% 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% Ip(
IGR" 2Q)"~3
v'S}&zmF] 优化结果: xRJv_=dT 光栅高度:101.8nm Txfu%'2)e 占空比:20.9% WtFv"$V Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) |SZRO,7x 偏振对比度:50.0 q/?#+d 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。 $k V^[ g` 6Xrf 12. 结论 W{At3Bfy ?z171X0 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) <u*~RYA2 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 V(A6>0s$| (如Downhill-Simplex-algorithm) D&/(Avx.
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。 d
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