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紫外光栅偏振片的参数优化
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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。
^5GyW`a}
GBvgVX<
1. 线栅偏振片的原理
<Wwcd8d
B1U<m=Y
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。
DH>>u
2. 建模任务
g0Ff$-#7
m-v0=+~&
Gkr]8J
全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。
!1b4q/
偏振元件的重要特性:
MB!_G[R
偏振对比度
9K6G%
透射率
FB>^1B]]
效率一致性
<b,oF]+;z
线格结构的应用(金属)
QF74'
Qf .ASC
3. 建模任务
:
o?O> pK
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图)
nn?h;KzB
4. 建模任务
:仿真参数
mH,L,3R;R
Bs!F |x(
偏振片#1:
E5+-N
偏振对比度不小于50@193nm波长
l2*o@&.
高透过率(最大化)
TSEv^u)3
光栅周期:100nm(根据加工工艺)
8{f~tPY
光栅材料:钨(适用于紫外波段)
11g_!X -g@
偏振片#2:
GL^84[f-T
偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内
sA|!b.q
在波长范围内具有5%一致性的高透过率
?s-Z3{k
光栅周期:100nm
`:Bm@eN
光栅材料:钨
G(fS__z
wxc24y
5. 偏振片特性
NRI@M5
JGRL&MG4
偏振对比度:(要求至少50:1)
5@-[[ $dk
iU/v;T(
&*YFK/ ]
Zn{Y+ce7d
一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%)
.ED8b5t|
i!i=6m.q7
B4MrrW4=
+}eH,
6. 二维光栅结构的建模
(~ `?_
"2=v:\~=
MfU0*nVF~
该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。
r?$V;Z
通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。
=MjkD)l
通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。
Gpf9uj%
f6])M)
oWb\T 2!m
p&$O}AX|
7. 偏振敏感光栅的分析
F^Y%Q(Dd7w
9-"!v0['
可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。
:lBw0{fP
偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率)
gski:C
此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。
UGD B4S
8. 利用参数优化器进行优化
H{et2J<H
v vzP t.ag
^:u-wr8?{
利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。
7SJbrOL4Q-
如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。
Q.MbzSgXL
在该案例种,提出两个不同的目标:
j_{f(.5
#1:最佳的优化函数@193nm
ey@{Ng#
#2:在300nm至400nm间一致性优化函数
]R*h3U@5#K
&hcD/*_Z
9. 优化@193nm
Ly q[gQjr
{l9g YA
E"zC6iYZ;
初始参数:
9U4 D$M
光栅高度:80nm
:ggXVwpe
占空比:40%
}B ?_>0
参数范围:
d<cqY<y VA
光栅高度:50nm—150nm
-A^o5s
占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致)
odTa2$O
评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。
W+I""I*mV
vyvb-oz;u
+n>p"+c
根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。
"9X1T]
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。
&>xz
“贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。
64qqJmG3
在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。
#H]c/
"BZL*hHq
10. 优化@193nm结果
sLd%m+*p
i<{:J -U|
)4R[C={
优化结果:
( TJGJY
光栅高度:124.2nm
UCo`l~K)qg
占空比:31.6%
M=54xTh0Y
Ex透过率:43.1%
NpH9},1i
偏振度:50.0
&N*l ?7(
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<SpW;
*RmD%[f
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。
+45.fo
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。
CT/>x3o
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。
9\VV++}s>o
Oe21noL
11. 300nm到400nm波长范围的优化
.cz7jD
^"iJ
~U4Cf >
初始参数:
?_d3|]N
光栅高度:80nm
{s0!hp
占空比:40%
?-'GbOr!
参数范围:
nG%<n
光栅高度:50nm—150nm
SB`xr!~A]
占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致)
p_i',5H(
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%
$ I J^
?u5jXJ0L
7- |N&u
优化结果:
-^JPY)\R
光栅高度:101.8nm
LbuhKL}VN
占空比:20.9%
LK<ZF=z]Z
Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间)
/!sGO:
偏振对比度:50.0
j_.tg7X
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。
TQykXZ2Yb)
.O SQ8W}
12. 结论
+LlAGg]Z
-b)3+#f
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)
)<$<9!L4x
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
Mp(;PbVD
(如Downhill-Simplex-algorithm)
+F~B"a
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。
l=L(pS3 ~
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