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。 "^j>tii g6t"mkMY
L 1. 线栅偏振片的原理 k,F"-K+M $q?$]k|M`
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 M,5j5<7 2. 建模任务 %.v{N6 ZIR0PQh\ O=cxNy-I 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 .{KjEg 6 偏振元件的重要特性: >I 偏振对比度 s.Y4pWd5@ 透射率 pL=d% m.W 效率一致性 moj]j`P5a 线格结构的应用(金属) =WdaxjenZ/ ^efb
5 3. 建模任务: sxKf&p;
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) d,vNem-Z*L 4. 建模任务:仿真参数 MTER(L WL,&-*JAW 偏振片#1: \6?A!w~6 偏振对比度不小于50@193nm波长 ]?1Y
e8>Y< 高透过率(最大化) k#Of]mXXz 光栅周期:100nm(根据加工工艺) Zv_.na/^K 光栅材料:钨(适用于紫外波段) X=JmF97 偏振片#2: &;,,H< p 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 kd:$oS_*s 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 NgCuFL(Ic 光栅周期:100nm EFuvp8^y 光栅材料:钨 \I-#1M f %lD08Sl 5. 偏振片特性 .roqEasu8 <}U'V}g 偏振对比度:(要求至少50:1) {Sl57!U5 GuZ( &G6*
X{n- N5* q+KzIde|% 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) aSuM2 o*x*jn:hm
l+V,DCE 93+"D` 6. 二维光栅结构的建模 9`jcC-;iv cfox7FmW tt?58dm| 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 IKtB; 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 N"/-0(9[ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 hmx=
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s cuHmY0 +x9cT G 7. 偏振敏感光栅的分析 L@75-T ONNpiK- 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 cYx4~ V^ 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) wiaX&-c]8 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 QB:i/9 8. 利用参数优化器进行优化 >{eCh$L
{mWui9 %M Ftw;Yz 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。 <PPNhf8 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 xvzr:pP 在该案例种,提出两个不同的目标: J$4wL
F3 #1:最佳的优化函数@193nm JGC=(; #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 |9"p|6G?B !3mA0-!+ 9. 优化@193nm +,o0-L1D Y+4o B
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8e p 初始参数: N=:5eAza 光栅高度:80nm Ngr/QL]Q 占空比:40% O8|5KpXd@ 参数范围: nf1#tlIJd 光栅高度:50nm—150nm K.G$]H 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) f:g,_|JD$ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 22kp l)vbU Om M=o*d
w;Q;[:y 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 9Rm/V5 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。 bX.ja;; “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 MYBx&]!\ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 QDpEb=|S <Dx]b*H 10. 优化@193nm结果
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s5RjIa0$7 优化结果: <
RCLI| 光栅高度:124.2nm IHgeQ F
~ 占空比:31.6% ^xf<nNF:p Ex透过率:43.1% l5+gsEux] 偏振度:50.0 @fuM)B1" 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 :K\mN/ x %/>xO3"T 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 {bO|409>W 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 ]"c+sMW 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 e4~>G?rM_ tbnH,* 11. 300nm到400nm波长范围的优化 %>g W9}kB Soie^$
Y 8/z3=O& 初始参数: +0),xu 光栅高度:80nm @/r^%G 占空比:40% 7PR#(ftz 参数范围: '0$?h9" 光栅高度:50nm—150nm 7bxA]s{m 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) OB~X/ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% 4tSv{B/} mDh1>>K'~
9WJz~SP+vR 优化结果: K[chjp!$l 光栅高度:101.8nm do uc('@ 占空比:20.9% 3~e8bcb Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) " P)*FT 偏振对比度:50.0 TO2c"7td 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。 1<ro7A4hK PSawMPw 12. 结论 X7L8h'(@ UD~p'^.m_ 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) fw oQ'& 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 1 nvTce (如Downhill-Simplex-algorithm) `nUO l 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。 2xw6 5z
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