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。 W6T&hB O:)IRB3 1. 线栅偏振片的原理 HqBPY[;s (Y)h+}n5N
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 j!\0Fyr 2. 建模任务 sCQup^\ %Z yPK,(" :$aW@?zAY 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 S(i(1Hs. 偏振元件的重要特性: |sa7Y_ 偏振对比度 C4tl4df9 透射率 e,&%Z
效率一致性 7V
(7JV<> 线格结构的应用(金属) (dF;Gcw+ g{hA,-3 3. 建模任务: }dJ ~Iy
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) G3+a+=e 4. 建模任务:仿真参数 5R `6zhf \STvBI? 偏振片#1: v6?\65w,| 偏振对比度不小于50@193nm波长 OeGuq.>w 高透过率(最大化) xm5FQ) T 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 2bnIT>( 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ~#_$?_/( 偏振片#2: .oj" ru 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 KHz838C] 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 Xl6ZV,1=n7 光栅周期:100nm Z4ov 光栅材料:钨 ,7jiHF &W+G{W{3 5. 偏振片特性 /%9p9$kFot ptyDv 偏振对比度:(要求至少50:1)
jnzz~: s4`*0_n
HcVs(]tIW 9c}]:3#XO 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) b[o"Uq@8? >ha Ixs`9
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lY .N5R?fmD 6. 二维光栅结构的建模 zRoEx1 PB<Sc>{U iH}rI'U. 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 ZX6=D>)u 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 q\y# 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 T>Rf?%o ajW$d!
FJ,\?ooGf ?Wz(f {Hm 7. 偏振敏感光栅的分析 H&=4y) /. 2a(yR># 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。 VE"0VB. 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) `)!2E6 = 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 9g5{3N3 8. 利用参数优化器进行优化 YSz$` 7i
p9}c6{Wp _E<O+leWf 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 u:H 3.5)% 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 VmH_0IM^6 在该案例种,提出两个不同的目标: aco}pXz #1:最佳的优化函数@193nm lyH X#] #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 QRZTT qG RQ)!KlY 9. 优化@193nm 2\CkX aU]O$Pg{
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!=_^} 初始参数: J (&M<<% 光栅高度:80nm >;&V~q:di 占空比:40% S}p&\w H 参数范围: 031.u<_ 光栅高度:50nm—150nm e5>5/l]jsg 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) #
/,2MQ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 C|~JPcl ZJI1NCBZ
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ao5l=x 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 N"
Jtg@w 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。 wI]R+. “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 z2nUul(2 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 Rr;LV<q+ {cyo0-9nv 10. 优化@193nm结果 $L&9x3+?Kg Dss/>!
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^I0GZG 优化结果: Fb{`a[& 光栅高度:124.2nm "J[i=~( 占空比:31.6% 5)>ZO)F& Ex透过率:43.1% ug6f
偏振度:50.0 WP@JrnxO\` 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 ?m9UhLeaS= C`th^dqBV 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 Rqb{)L
X* 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 hA1gkEM2o 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 x+*L5$;h U ygw*+ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 n"<GJ.{ y%IG:kZ, %X9:R'~ sP 初始参数: Xx y
Bg!R 光栅高度:80nm C@UJOB 占空比:40% JX\T
{\m# 参数范围: LcpyW=)}"V 光栅高度:50nm—150nm 4<3?al& 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Z*vpQBbu 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% (9YYv+GGd* (4{ C7
pT
ocqJ22 优化结果: msqxPC^I 光栅高度:101.8nm =@1R ozt 占空比:20.9% Z*)y.i ` Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) ]lB3qEn< 偏振对比度:50.0 1hMX(N&| 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。 u.pKK
1W}nYU 12. 结论 /:Z~"Q*r &8X
.!r`f 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) y[^k*,=
9 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 6Bq~\b^ (如Downhill-Simplex-algorithm) "3Xv%U9@ 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。 =mi:<q
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