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infotek 2023-04-20 08:34

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。 P.P3/,  
pO$`(+q[  
1. 线栅偏振片的原理 ,8g~,tMr+  
c?Bi  
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 *usfJ-  
2. 建模任务 [1'`KJ]  
VY$hg  
|n3PznV  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ,b=&iDc  
 偏振元件的重要特性: *TA${$K  
 偏振对比度 NjVuwIm+  
 透射率 %O;"Z`I  
 效率一致性 B2%)G$B  
 线格结构的应用(金属)
YMwMaU)K,  
OC9_EP\"  
3. 建模任务 M ]W'>g)G  
x-z方向(截面)                         x-y方向(俯视图)
K Ii Vz<  
4. 建模任务:仿真参数 WEUr;f  
l}%!&V0  
偏振片#1: 'i_od|19~h  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 /] ce?PPC  
 高透过率(最大化) to^ &:  
 光栅周期:100nm(根据加工工艺) B=#rp*vwL  
 光栅材料:钨(适用于紫外波段) Y4}!9x  
偏振片#2: I@a7AuOw  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 @#1k+tSA,  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 e|+U7=CK  
 光栅周期:100nm @D-l_[  
 光栅材料:钨 &}VGC=F;d  
@"-<m|lM  
5. 偏振片特性 m,$oV?y>j  
zWgNDYT~  
 偏振对比度:(要求至少50:1) ~" B0P>7  
RyC]4 QyC  
#O z<<G<  
;_M .(8L  
 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) 3k5OYUk  
{*As-Y:'F  
Vp\BNq_!s  
afv? z  
6. 二维光栅结构的建模 *nluK  
RS#)uC5/%  
M5HKRLt  
 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。 bT*MJ7VVm  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 {bl&r?[y  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 bS<lB!  
QS,IM >Nr  
v&i M/pJU  
|[}YM %e  
7. 偏振敏感光栅的分析 V"*|`z)  
K5z*DYT  
 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。 +,9I3Dq  
 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) X3#|9  
 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。
"2)<'4q5)  
8. 利用参数优化器进行优化 sAfSI<L_  
MQ5#6 vJ  
[Oe$E5qv)]  
 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 J2Ocf&y;  
 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ;#I(ucB<  
 在该案例种,提出两个不同的目标: /_l%Dm?  
 #1:最佳的优化函数@193nm n>)CCf@H  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数
*qj @y'1\  
~4'e)g.hG  
9. 优化@193nm IrjKI.PR  
7gfNe kr~W  
G/J5aj[  
 初始参数: (]^9>3{|  
 光栅高度:80nm v$s3f|Y  
 占空比:40% Kjc"K36{L  
 参数范围: ]8*g%  
 光栅高度:50nm—150nm $`.7XD}  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 'W3>lAPx!  
 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 *4Y1((1k  
m ,,-rC  
?P ,z^  
 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 y/h~oGxy  
 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 b/5?)!I  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Ovv~ymj  
 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ]C3{ _?=  
HsGXb\  
10. 优化@193nm结果 Q}d6+C  
%N7b XKDP  
L&MR%5  
 优化结果: E#v}//  
 光栅高度:124.2nm SGre[+m~m  
 占空比:31.6% G`9Ud  
 Ex透过率:43.1% I!dA{INN  
 偏振度:50.0 G)]'>m<y  
优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 f)l:^/WP+  
t,M _  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 x5YW6R.<t  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 bdZ[`uMD  
 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 F$ShhZgi  
P{i\x#  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 )o;/*h%@  
I?uU }NK  
I;<0v@  
 初始参数: s]50Y-C  
 光栅高度:80nm !?Gt5$f  
 占空比:40% +w[vYKSZm  
 参数范围: z85%2Apd  
 光栅高度:50nm—150nm +%7v#CY &  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) KV9'ew+M  
 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% bGOOC?[UX  
@X+m,u  
]W~\%`#8?  
 优化结果: '#!nK O2<  
 光栅高度:101.8nm Oq@+/UWX  
 占空比:20.9% 7DDd 1"jE  
 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) U(P^-J<n1  
 偏振对比度:50.0 [Ul"I-K  
优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 Y<-h#_  
a$r- U_?  
12. 结论 ~~a,Fyko2  
!TvNT}4Z  
 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) Q)c3=.[>  
 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 WvR-0>E  
(如Downhill-Simplex-algorithm) r*HbglB  
 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。 ^\ A[^' 9  
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