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。 (UF!Zb]{ V]]qu:Mh8 1. 线栅偏振片的原理 /6?plt&CA FIjET1{
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 C._sgO 2. 建模任务 Z0eBx *Zi%Q[0Me Pm^N0L9?q 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 i)L:VkN 偏振元件的重要特性: />Vx*^u8Hz 偏振对比度 D:E~yh)$- 透射率 r^t{Ii~ 效率一致性 CS\tCw\Y 线格结构的应用(金属) kI3zYD^: $Je"z]cy- 3. 建模任务: Qe$>Jv5
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) \83A|+k 4. 建模任务:仿真参数 8 tygs ?=!XhU
. 偏振片#1: y8vH?^:%< 偏振对比度不小于50@193nm波长 Kk>qgi$ 高透过率(最大化) n u8j_grW 光栅周期:100nm(根据加工工艺) +.]}f}Y 光栅材料:钨(适用于紫外波段) {7Avba 偏振片#2: %Z[/U 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 &}0wzcMg 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 0@K:Tq-mF 光栅周期:100nm [4Faq3T" 光栅材料:钨 _P<lG[V 'ZH<g8:=@ 5. 偏振片特性 Tn0l|GRuZA %lJiM`a 偏振对比度:(要求至少50:1) BZ+ mO Hu9R.[u
Ccr+SR2 @zynqh 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ~}IvY?!; C^" Hj
y)/$ge_U <
mK 6. 二维光栅结构的建模 *:T>~ilF Flujwh@rg gZ"{{#:} 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 boF4d'g" 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 sRyw\v-=P 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 o`K^Wy~+k# Uaj`
Cre0e$ a K-EI?6`xM 7. 偏振敏感光栅的分析 !+A"Lej ;2Ad]) 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。 SZ2q}[o`R 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) 380-> 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ;WS7. 8. 利用参数优化器进行优化 OgXZ-<'
rF'^w56 { 1@4}R4 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。 #HM\a 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 OHP3T(Q5 在该案例种,提出两个不同的目标: KBr5bcm4u #1:最佳的优化函数@193nm Kcw1uLb #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 e.}3OK 7c29Ua~[ 9. 优化@193nm hdf8U {"0TO|%x
}&(E#*>x 初始参数: Q}Ze-JIL$ 光栅高度:80nm .hQ3A" 占空比:40% HhWwc#B 参数范围: 2-6.r_ 光栅高度:50nm—150nm \L9?69B~ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) /h7>Z9T 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 5"}y\
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?79SP p)oo 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 =MJ-s;raq 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;z>Dd,Y_x “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Lz9$,Y[ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 vNC$f(cQ [>$\s=` h 10. 优化@193nm结果 E?Qz/*'zv Ko$ $dkSE
C,|nmlDN 优化结果: sd]54&3A 光栅高度:124.2nm ^I(oy.6?=p 占空比:31.6% ]^*_F Ex透过率:43.1% NIGB[2V( 偏振度:50.0 `'xQ6Sy 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 3R<ME c p|h.@do4 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 VQy9Y 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 ;#Jq$v)D 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。 Gg=aK~q6 N+\oFbE 11. 300nm到400nm波长范围的优化 ch0oFc$ xta}4:d-Y !paN`Fz\a 初始参数: m4Phn~>Gg 光栅高度:80nm 6\,DnO 占空比:40% cy=I0 参数范围: pBSq%Hy: 光栅高度:50nm—150nm f$1Gu 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) --in+ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% Y|%anTP OwG6i|q
&Pu+(~'Q 优化结果: :`+|'*b(A 光栅高度:101.8nm |MTpU@`p5 占空比:20.9% 1.Haf Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) L!bfh` 偏振对比度:50.0 qpb/g6g 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 M|/oFV 42b. 7E 12. 结论 snXB`UC `Mg8]H~ 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) u
iBl#J Q VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 - *:p.(c (如Downhill-Simplex-algorithm) ?!bd!:(N 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化,并满足独立的要求。 FovE$Dj]
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