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$`(+q[ 1. 线栅偏振片的原理 ,8g~,tMr+ [6Uc?Bi
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 *usfJ- 2. 建模任务 [1'`KJ] VY$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$B 线格结构的应用(金属) YMwMaU)K, OC9_EP\" 3. 建模任务: M ]W'>g)G
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) K IiV z< 4. 建模任务:仿真参数 WEUr;f l}%!&V0 偏振片#1: 'i_od|19~h 偏振对比度不小于50@193nm波长 /] ce?PPC 高透过率(最大化) to^ &: 光栅周期:100nm(根据加工工艺) B=#rp*vwL 光栅材料:钨(适用于紫外波段) Y4}!9x 偏振片#2: I@a7AuOw 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 @#1k+tSA, 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 e|+U7=CK 光栅周期:100nm @D-l_[ 光栅材料:钨 &}VGC=F;d @"-<m|lM 5. 偏振片特性 m,$oV?y>j zWgNDYT~ 偏振对比度:(要求至少50:1) ~" B0P>7 RyC]4QyC
#Oz<<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#6vJ [Oe$E5qv)] 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 J2Ocf&y; 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ;#I(ucB< 在该案例种,提出两个不同的目标: /_l%Dm? #1:最佳的优化函数@193nm n>)CCf@H #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 *qj @y'1\ ~4'e)g.hG 9. 优化@193nm IrjKI.PR 7gfNe kr~W
G/J5 aj[ 初始参数: (]^9>3{| 光栅高度:80nm v$s3f|Y 占空比:40% Kjc"K36{L 参数范围: ]8*g% 光栅高度:50nm—150nm $`.7XD} 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 'W3>lAPx! 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 *4Y1((1k m,,-rC
?P,z^ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 y/h~oGxy 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 b/5?)!I “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Ovv~ymj 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ]C3{ _?= HsGXb\ 10. 优化@193nm结果 Q}d6+ C %N7b
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L&MR%5 优化结果: E#v}// 光栅高度:124.2nm SGre[+m~m 占空比:31.6% G`9Ud Ex透过率:43.1% I!dA{INN 偏振度:50.0 G)]'>m<y
优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 f)l:^/WP+ t,M_ 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 x5YW6R.<t 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 bdZ[`uMD 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 F$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$f 占空比:40% +w[vYKSZm 参数范围: z85%2Apd 光栅高度:50nm—150nm +%7v#CY
& 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) KV9'ew+M 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% bGOOC?[UX @X+m,u
]W~\%`#8? 优化结果: '#!nK O2< 光栅高度:101.8nm Oq@+/UWX 占空比:20.9% 7DDd1"jE Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) U(P^-J<n1 偏振对比度:50.0 [Ul"I-K 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 Y<-h#_ a$r-
U_? 12. 结论 ~~a,Fyko2 !TvNT}4 Z 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。 ^\
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