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。 %I@vM s^ otQ
G6 1. 线栅偏振片的原理 K+P a b ?
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带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 \xmDkWzE 2. 建模任务 qf{HGn_9~1 kA9 k^uR/ $dug"[ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 j3j^cO[ 8v 偏振元件的重要特性: Ti>}To}B5 偏振对比度 JX`>N(K4\ 透射率 :bXTV?#0
效率一致性 ;Pvnhy 线格结构的应用(金属) im
F,8 ' 3V<c4'O\W 3. 建模任务: ..=lM:13|
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) -jVg{f! 4. 建模任务:仿真参数 "e/"$z'ca >S%}HSPKq 偏振片#1: )M@^Z(W/a 偏振对比度不小于50@193nm波长 15MKV=?oY 高透过率(最大化) =nlj|S ~3 光栅周期:100nm(根据加工工艺) ,q$2D,dz 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 5[~C!t; 偏振片#2: 7**zO3
H 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ri4:w_/{,Y 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 u\km_e 光栅周期:100nm u@Bgyt7Y 光栅材料:钨 boZ/*+t #;UoZJ B 5. 偏振片特性 ,2P/[ : IG~Zxn1o 偏振对比度:(要求至少50:1) ]-l4 GqgJ ]m
6` 3kNk; `!ZkWF6 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) y|3!E>Up ML%JTx0+Z
0\+$j5; ^ tVIPH.R 6. 二维光栅结构的建模 `R*!GHro 4}]In/yA ^$<:~qq! 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。 l
s%'\} 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 =q[ynZ8O\w 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 M->#WGl\B z]j_,3Hff
y tTppmJF },#AlShZu 7. 偏振敏感光栅的分析 >uE<-klv [ *
!0DW` 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。 B&}lYo 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) 8qT^=K
$ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 w7~&Xxa/
8. 利用参数优化器进行优化 !X=93%
mOb@w/f \*c=bz&l 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。 '(8}
<(% 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 yaAg!mW 在该案例种,提出两个不同的目标: #?~G\Ux0/ #1:最佳的优化函数@193nm X$ A ]7t #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 Ub[UB%(T #*G}v%Ow/u 9. 优化@193nm ,|w, Nl{on"il
<O{G& 初始参数: cN)noGkp 光栅高度:80nm ,;yaYF6|/ 占空比:40% Gn<e&|4>i} 参数范围: tz2$j@!= 光栅高度:50nm—150nm 1c`Yn:H^ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) mQ\oR| 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 yRz l} "p&4Sn3T2?
+sXnC\ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 Y7`Dx'x 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 `[tYe < “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 o|V=3y
Ok 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ;$UB@)7% T"E%;'(cp) 10. 优化@193nm结果 dz?Ey~;M 5_SxX@fW%
Fh.ZsPn,m 优化结果: 4*Z>-<W= 光栅高度:124.2nm fjS# 占空比:31.6% S|_lbMZM Ex透过率:43.1% dVBr-+ 偏振度:50.0 #}8gHI-9% 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。 N ^H
H&~V r7v1q 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。 2O`s'&.h 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。 $"Nqto~ 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 ~uJO6C6A m_UzmWF 11. 300nm到400nm波长范围的优化 I@q4D1g 1@`mpm#Y !r+SE 初始参数: <:~'s]`zf 光栅高度:80nm E D_J8+ 占空比:40% \p!mX| 参数范围: ra{HlB{ 光栅高度:50nm—150nm 0j[%L!hny 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) It8@Cp.dU 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% BEii:05 1!2,K ot
1$uO% 优化结果: PL*kjrLu7 光栅高度:101.8nm &fwb?Vn4 占空比:20.9% -}Gk@=$G Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) X6o
iOs 偏振对比度:50.0 .T7S1C $HP 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。 Fx@@.O6 ],Y+|uX-> 12. 结论 )>WSuf
j M"z3F!-j 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) 3HB(rTw 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 *AI?md (如Downhill-Simplex-algorithm) (k>I!Z/&2 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。 @4j!M1}4
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