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。 4EQ7OGU rbiNp6AdL 1. 线栅偏振片的原理 1L]7*NJe !C
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带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 jJkM:iR 2. 建模任务 {hG r`Rh C)~YWx@v lhw]?\ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 \(Dq=UzQI 偏振元件的重要特性:
gcqcY 偏振对比度 4:q<<vCJv 透射率 K QXw~g? 效率一致性 Y]/(R"-2G 线格结构的应用(金属) #H{<nVvg^ (JH LWAH 3. 建模任务: SlB,?R2
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) SweaERl 4. 建模任务:仿真参数 ?BT\)@h ^.5L\ 偏振片#1: /+l3
BeL
偏振对比度不小于50@193nm波长 pJrc\`D 高透过率(最大化) kq6S`~J^R 光栅周期:100nm(根据加工工艺) ;
Xrx>( n 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 3G9"La,b
偏振片#2: |:$D[= 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 vpcHJ^19 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 %;yDiQ !+ 光栅周期:100nm #P.jlpZk 光栅材料:钨 `2c>M\c4U }hrLM[ 5. 偏振片特性 F@Y)yi?z ;j])h!8X 偏振对比度:(要求至少50:1) xx0s`5 EF=.L{
zvf:*Na") @P#uH5U 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ^29w@* eZWN9#p2
OLJb8kO u3vBMe0v[ 6. 二维光栅结构的建模 ,cPNZ-% JYL/p9K[I RmxgCe(2a 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 @/*{8UBP 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 :_JZn`Cab 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 <9 lZ%j; 5%"${ywI
G3n* bv CZRrb 84 7. 偏振敏感光栅的分析 0h-holUf}~ H1_XEcaM+* 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。 TWYz\Hmw 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) Kdh(vNB> 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 bhe~ekb 8. 利用参数优化器进行优化 @'L/]
?(Q" y\ 4v9zFJ<Z 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。 zIt-mU 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,Y,0f@4U9 在该案例种,提出两个不同的目标: Qw4P{>|Y #1:最佳的优化函数@193nm fiOc;d8 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 6eE%x?# $r|R`n = 9. 优化@193nm X).UvPZ/ i)f3\?,,
(RG\U[ 初始参数: EW*!_| 光栅高度:80nm pg~vteq5 占空比:40% P7QOlTQI 参数范围: <h|XB}s+ 光栅高度:50nm—150nm H `y.jSNi 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) JL $6Fw; 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 &B^#?vmO yjs5=\@
r)Ts(#Z 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 ,/6V ^K 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。 y[[f?rxz> “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 `?LQd2p 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 7IW:,=Zk8+ ^@ s!"c 10. 优化@193nm结果 \eF5* {9 (UDF^
44FK%TmtF 优化结果: Ol H{! 光栅高度:124.2nm NCYN .@J 占空比:31.6% %F-/|x1#Q Ex透过率:43.1% I7TdBe- 偏振度:50.0 kRs[H xI3 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。 *zeY<6 jC+>^=J( 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。 -B:Z(]3#\ 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。 (1JZuR<?c 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。 j[NA3Vj1P xal,j* 11. 300nm到400nm波长范围的优化 fl _k5Q'&p *bRer[7y S+H#^WSt 初始参数: J7$1+|" 光栅高度:80nm lnL&v'{ 占空比:40% RrKAgw 参数范围: GjZ@fnF 光栅高度:50nm—150nm 58zs%+F 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ?GqFtNz 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% zOYkkQE3mJ PbxuD*LQ.
*V#v6r7<Y/ 优化结果: 4 q}1 光栅高度:101.8nm }l$M%Ps!a 占空比:20.9% qY\zZ Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) YS=|y}Q|7d 偏振对比度:50.0 >C"cv^%c 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。 idnn%iO H^xrFXg~z 12. 结论 ka{9{/dz3 X@Eq5s 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) vM~/|)^0sW 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 @3wI(l[
(如Downhill-Simplex-algorithm) z:9 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。 *E:w377<}
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