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。 HSE!x_$ dC3o9 1. 线栅偏振片的原理 ["k,QX ,F8 Yn5h
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 / |;RV" 2. 建模任务 Fx_z 6a _/s$ZCd /$xU 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 \R9(x]nZ% 偏振元件的重要特性: Y1W1=Uc uk 偏振对比度 jP$a_hW 透射率 F4-$~v@ 效率一致性 8?#/o c 线格结构的应用(金属) D(@S+r_ota |/|5UiX7 3. 建模任务: 5,lEx1{_
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) XSwl Tg 4. 建模任务:仿真参数 a8e6H30Sm ed{ -/l~j 偏振片#1: fM :]& 偏振对比度不小于50@193nm波长 >-RQ]?^ 高透过率(最大化) 4<w.8rR:A 光栅周期:100nm(根据加工工艺) Af~$TyX 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ,GhS[VJjR 偏振片#2: iJ)_RSFK 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 kYP#SH/ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 <y('hI' 光栅周期:100nm [B*x-R[FI 光栅材料:钨 R6<X%*&% Z!a=dnwHz 5. 偏振片特性 1APe=tJ _2Zx?<] 2E 偏振对比度:(要求至少50:1) #'nr
Er < DZ3wCLQtK
13$%,q) hlvK5Z 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) MIeU,KT#U z3{G9Np
kr^P6}' B-Ll{k^ 6. 二维光栅结构的建模 .ljnDL/ |#v7/$! r!|6:G+Q 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 :DK {Vg6 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ]!W=^! 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 kf\PioD8 r Xt}6[S
;0]aq0_#( T8?Ghbn 7. 偏振敏感光栅的分析 p;`>e>$ Di,^% 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。 GLH0 ] 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) 5 9
T8r 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 \}yc`7T:L0 8. 利用参数优化器进行优化 '|6]_
>mbHy<< XAD- 'i 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。 D%[mWc@1I 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 gs^Xf;gvI 在该案例种,提出两个不同的目标: 7y'RFD9@{ #1:最佳的优化函数@193nm l5Ui w2 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 (U DnsF ;>%r9pz ~ 9. 优化@193nm f=l rg KE 6%\J"AgXO
].avItg 初始参数: j7Yu>cr 光栅高度:80nm yt+L0wzzB 占空比:40% r5S[-`s; 参数范围: WMDl=6 光栅高度:50nm—150nm >>4qJ%bL 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) zF`0J 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 q^@Q"J =v :^lI`9'*R
etQCzYIhn 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 dohA0 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。 EgEa1l!NSQ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ;DQ ZT 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 `{@8Vsmy: N@4w!
HpJ 10. 优化@193nm结果 w?PkO p J/`<!$<c
RXMISt3+{y 优化结果: Gm&Za,4%4 光栅高度:124.2nm DaQ?\uq 占空比:31.6% l
K{hVqpt Ex透过率:43.1% etDk35!h~, 偏振度:50.0 1/B>XkCJ 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 5+4IN5o]= 5X:AbF 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 PudS2k_Qv 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 }^WdJd]P 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 zy?|ODM V;VHv=9`o 11. 300nm到400nm波长范围的优化 *uRBzO} ]"As1" #FLb*%Nr 初始参数: 4&lv6`G ` 光栅高度:80nm gT{Q#C2Baw 占空比:40% c%
-Tem'# 参数范围: ]Jg&VXrH 光栅高度:50nm—150nm 79rD7D&g 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) aH(J,XY 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% JAnZdfRt :wyno#8`-
#6aW9GO 优化结果: .bl/*s 光栅高度:101.8nm w>&aEv/f 占空比:20.9% HXC ;Np Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) |*eZD-f 偏振对比度:50.0 gnf8l?M 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 F@jZ ho PcMD])Z{G 12. 结论 &ee~p&S,> np^N8$i:n 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) @Ns Qd_e 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 ~8Fk(E_ (如Downhill-Simplex-algorithm) `:fZ)$sY 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。 %)8}X>xq
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