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。 c}OveR$'& l,Q`;v5| 1. 线栅偏振片的原理 BKTTta1mY +arh/pd_I
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Nk-xnTZ" 2. 建模任务 GtmoFSZ 1d49&-N 2* `kkS 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 m$[:J 偏振元件的重要特性: 8HLL3H0 偏振对比度 )2" g)9! 透射率 *j83E[(] 效率一致性 J ##a;6@ 线格结构的应用(金属) O2 Y|<m WVQHb3Pe0 3. 建模任务: |+8rYIms`
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) 'g<{l&u 4. 建模任务:仿真参数 vh2/d.MO $Xo_8SX, 偏振片#1: kPy7e~ 偏振对比度不小于50@193nm波长 ,DHH5sDCn 高透过率(最大化) w ;$elXP| 光栅周期:100nm(根据加工工艺) bh8GP]*E| 光栅材料:钨(适用于紫外波段) > Q=e9L= 偏振片#2: ~-sgk"$ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 <^;~8:0] 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 mgjcA5z 光栅周期:100nm .DwiIr' 光栅材料:钨 i885T' ;LC|1_ ' 5. 偏振片特性 ]Y$Wv9S6 0?FJ~pu 偏振对比度:(要求至少50:1) jm&[8ApW ]D@aMC$#
!|VtI$I>x ]Y?ZUSCJ 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ,^
-%< ec^{ez@`
BHz_1+d yAGQD[ih 6. 二维光栅结构的建模 E}w5.1 xK[[b Pt-mLINvG 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 7{"F%`7L 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 yp]vDm 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 b't6ekkN D)L~vA/8b
?gU-a WB (?6" 7. 偏振敏感光栅的分析 b-`P- a]V#mF |{ 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 o^uh3,. 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) i%f
C`@ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 hms Aim9i 8. 利用参数优化器进行优化 PCDvEbpG
]*$o qn=m ~nj+"d] 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。
|d42?7} 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。
iH>JR[A 在该案例种,提出两个不同的目标: bjj
F{T #1:最佳的优化函数@193nm 4,)QV_? #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 C2iOF /4 Q.8^F 9. 优化@193nm #\ ="^z6 TgRG6?#^l
H-WNu+ 初始参数: b5|l8<\ 光栅高度:80nm &8%^o9sH 占空比:40% 7 oYD;li$k 参数范围: `x L@% 光栅高度:50nm—150nm NXOvC!< 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ^^xzaF 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 RHu,t5, )OlYz!#?
|~Awm" 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 +~
S7]AZ 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 N'5DB[:c: “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 "1P2`Ep; 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 q{yzux 8,CL>*A 10. 优化@193nm结果 bx" .<q ( 3U?^49bJ
X5tV Xd 优化结果: zb9vUxN [ 光栅高度:124.2nm Gv(n2r 占空比:31.6% <PO-S\N Ex透过率:43.1% )gR3S%Ju 偏振度:50.0 eLyIQo W 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 d7kv
<YG !<-+}X+o8$ 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。 Y k"yup@3 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。 Xn<|6u 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。 giN(wPgYP uMC0XE|S 11. 300nm到400nm波长范围的优化 5'0kf7 wz'in @6b;sv1W 初始参数: Hc
q@7g 光栅高度:80nm P6tJo{l8w 占空比:40% URTJA<r8D 参数范围: %ZlnGr 光栅高度:50nm—150nm {
lZ<'p 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) h/l?,7KHI 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% %cMayCaI!@ m)<N:|
C2%Yr y 优化结果: pq5bK0NQ 光栅高度:101.8nm u-dF~.x 占空比:20.9% K*MI8') Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 6Qm .k$[ 偏振对比度:50.0 VqB9^qJ]! 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。 gE!`9 #.. K;f=l5 12. 结论 &-Z#+>=H( 7.v{ =UP 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) D_cd
l^ 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 @]{:juD~ (如Downhill-Simplex-algorithm) (WS<6j[q 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。 jM(!!AjpC
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