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。 cPPTGpqw _+}#
1. 线栅偏振片的原理 s73' h Zd8`95
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 . MH;u3U 2. 建模任务 _.^`DP> +W}6o3x~ tk!5"`9N 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 4*V[^mht 偏振元件的重要特性: Z6IWQo,)Rh 偏振对比度 sc$I,|d2 透射率 @5*$yi 'Cp 效率一致性 *apkw5B}C 线格结构的应用(金属) i@#=Rxp E5g|*M.+f 3. 建模任务: WSOz^]
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) "*ww>0[ 4. 建模任务:仿真参数 L4or*C^3 ZFRKzPc
{V 偏振片#1: r&Qq,koE 偏振对比度不小于50@193nm波长 y=SVS3D 高透过率(最大化) g,s^qW0vds 光栅周期:100nm(根据加工工艺) #i=k-FA)H 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 9i+`,r
偏振片#2: .pyNET 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 lYhC2f
m_ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 !AN; 光栅周期:100nm :?SD#Vvrh. 光栅材料:钨 I9*BTT] 2$FH+wuW 5. 偏振片特性 b!`{fwV zQaD&2 q 偏振对比度:(要求至少50:1) S9dXkd MM(\>J[Uq
t:*1*; >Et~h65d5 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) w/csLi.O i7%`}t
%F13*hOu kbZpi`w 6. 二维光栅结构的建模 VE?Aa lESv vL8Rg} Jh4 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 USZBk0$ 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 >35W{d 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 BJKv9x1jK Lr0:yo
vH/RP yX/{eX5dr 7. 偏振敏感光栅的分析 O~mQ\GlW J;'H],w}f 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。 (#8B 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) Ako]34Rl, 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 K%1`LT5:~ 8. 利用参数优化器进行优化 gFl@A}
{@hJPK8 YP>J'{?b*" 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。 934@Z(aUH 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 J vq)%t8q> 在该案例种,提出两个不同的目标: X0]{8v% #1:最佳的优化函数@193nm hDXaCift #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 8*Ty`G&v !,]2.:{0z 9. 优化@193nm oX7_v_:J\R -kHJH><j
A?ho<@^ 初始参数: $PRUzFZ 光栅高度:80nm oU se~ 占空比:40% 2#/23(Wc 参数范围: &OA6Zw/A 光栅高度:50nm—150nm FC
WF$'cO 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) u U%Z%O 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 sDAP'& '2
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) ]DqK<- 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 q;*'V9# 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。 r6GXmr “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 m_.9PZ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 yzZzaYv "/ z[6avW"q 10. 优化@193nm结果 %J Jp/I suE8"v!sk
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[? 优化结果: 5h |aX 光栅高度:124.2nm a,(nf1@5 占空比:31.6% '#SZ|Rr6tX Ex透过率:43.1% LcB+L]( 偏振度:50.0 aRElk&M 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。 ] >1`Fa6_ :,fT^izew 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。 "?<(-,T 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。 :W6'G@ p 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(Dr@LB~ (E7"GJ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 w}#3 pU<< ]#W7-Q;] P(DEf( 初始参数: }a#T\6rY 光栅高度:80nm Hpa6;eT 占空比:40% WrcmC$ff 参数范围: v_Df+ 光栅高度:50nm—150nm DBG0)=SHy 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) m5&Ht (I%n 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% 4f~sRubK .dVV#
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cvo+{u$s 优化结果: <Np Mv!g 光栅高度:101.8nm 60]VOQku 占空比:20.9% 1L+hI=\O Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 4w'&:k47 偏振对比度:50.0 xf/K+ 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。 uD?RL~M 2wnk~URj 12. 结论 r]&sXKDc -s!J3DB 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) X lItg\R 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 Z.!<YfA) (如Downhill-Simplex-algorithm) wr:W}Z@pL 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。 lR7;{zlSf'
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