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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。 [8V;Q  
h>Kx  
1. 线栅偏振片的原理 !-I,Dh-A  
kk4 |4  
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 7>hcvML  
2. 建模任务 z/?* h  
8 $FH;=  
'|yxB')  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 z8=THz2f  
 偏振元件的重要特性: q(sTKT[V  
 偏振对比度 ,0'G HQWz$  
 透射率 j cd<'\;  
 效率一致性 <,vIN,Kl8/  
 线格结构的应用(金属)
RB>=#03  
Ou[K7-m%&  
3. 建模任务 ;`AB-  
x-z方向(截面)                         x-y方向(俯视图)
pyEQb#  
4. 建模任务:仿真参数 UB~K/r`.|  
eqtZU\GI>  
偏振片#1: J+D|/^  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 O>`k@X@9/  
 高透过率(最大化) e=]SIR()`  
 光栅周期:100nm(根据加工工艺) HG"ZN)~  
 光栅材料:钨(适用于紫外波段) Y:*% [\R  
偏振片#2: A;cA|`b  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 }G4I9Py  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 aIgexi,  
 光栅周期:100nm :>-zT[Lcn  
 光栅材料:钨 UiU/p  
vNi;)"&*  
5. 偏振片特性 \p^V~fy7rU  
5:PS74/  
 偏振对比度:(要求至少50:1) Va!G4_OT  
(l5p_x  
(Ypy}  
M+"6VtZH  
 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ;<~f-D,  
E}wT5t;u  
wd:Yy  
We6eAP/Z  
6. 二维光栅结构的建模 !vX4_!%  
w4L()eP#?=  
[$3+5K#  
 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 Y9BQLu4F  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 Zo UeLU  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 SIK:0>yK"  
:N8n6)#1=  
 }$oS /bo  
Mi]^wCF  
7. 偏振敏感光栅的分析 @9^OHRZX  
CU=sQfE  
 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。 f )Lcs  
 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) [kg^S`gc#  
 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。
3a:Hx| Yg  
8. 利用参数优化器进行优化 ?HG[N7=j  
jCY~Wc  
>H+t ZV  
 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。 y;o - @]  
 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 <F^9ML+'  
 在该案例种,提出两个不同的目标: 2n.HmS  
 #1:最佳的优化函数@193nm 628iN%[-  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数
i]n2\v AG  
R_!'=0}V  
9. 优化@193nm stG +4w  
yPE3Awh5  
B=Kr J{&!  
 初始参数: DE.].FD'  
 光栅高度:80nm ")KqPD6k  
 占空比:40% _DxHJl  
 参数范围: AL":j6!OQ  
 光栅高度:50nm—150nm y`9#zYgqA  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) #ss/mvc3  
 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 n1%2 sV)>  
K/9Jx(I,qL  
k'r}@-X  
 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 { <Gyjq  
 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。 =%8 yEb*5#  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 #E+ybwA  
 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 1v&!%9  
lEl.'X$  
10. 优化@193nm结果 7"eK<qJ  
s(py7{ ^K  
xJZaV!N|  
 优化结果: ?OW!D?  
 光栅高度:124.2nm UvGxA[~2+  
 占空比:31.6% WVD48}HF-  
 Ex透过率:43.1% TG;[,oa  
 偏振度:50.0 Jqb~RP~  
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。 XaCvBQ  
{9(0s| pr  
 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。 3IRur,|'  
 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。 7;+G)44  
 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。 ^g4Gw6q 6  
N!ihj:,  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 %Bw:6Y4LZ  
JPF6zzl)  
j^=Eu r/  
 初始参数: umns*U%T;  
 光栅高度:80nm `U|7sLR  
 占空比:40% # bHkI~  
 参数范围: 3E wdu  
 光栅高度:50nm—150nm F.U@8lr  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) VwH|ed$  
 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% WzstO}?P(  
|8f}3R 9  
.X%J}c$  
 优化结果: Iuz_u2"C  
 光栅高度:101.8nm (o*YGYC  
 占空比:20.9% `(HvD] l  
 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) FzEs1hpl  
 偏振对比度:50.0 wH8J?j"5>  
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。 c#TY3Z|  
l<XYDb~op  
12. 结论 0)SRLHTY%  
F%<*a,m6g  
 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) N ;=z o-8  
 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 s .p> ?U  
(如Downhill-Simplex-algorithm) O)`L( x  
 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。 hlL$3.]  
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