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。 []M+(8Z_P ^$y_~z3o#7 1. 线栅偏振片的原理 7>m#Y'ppl@ xf@D<}~1
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 VRoeq { 2. 建模任务 ;G3{ e <ZNa` -j9R%+YW< 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 S-h1p` 偏振元件的重要特性: 1q!6Sny@ 偏振对比度 [J+K4o8L<A 透射率 4>^ %_Xj[ 效率一致性 @]HV:7<q 线格结构的应用(金属) ";e0-t6: viBf". 3. 建模任务: .-N9\GlJ,d
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) &w3LMOT 4. 建模任务:仿真参数 <S0!$.Kg*< b\?#O} 偏振片#1: 6SsZK)X 偏振对比度不小于50@193nm波长 Pwz^{*u] 高透过率(最大化) h{ce+~X 光栅周期:100nm(根据加工工艺) |_~BV&g,N 光栅材料:钨(适用于紫外波段) j>R7OGg' 偏振片#2: ~%Yh`c
EP 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 rsP-?oD8) 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 K"b vUH 光栅周期:100nm =fi.*d?$7 光栅材料:钨 +.\JYH=yEr zAB-kE\) 5. 偏振片特性 xyz-T1ib O,JthlAV4 偏振对比度:(要求至少50:1) 6aQ{EO-]'= Zml9ndzT
ZLKS4 #>ci!4Gz=Z 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) =4 JVUu~Z ?67j+)
rT}d<cSf WM=kr$/3 6. 二维光栅结构的建模 .#WF' S^D ~A8u n7<<}wcV 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 s9`T% pg 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ]\r~"*TZ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 u{p\8v%7 xI:;%5{LN
EUna_ 4= nI_Zk.R 7. 偏振敏感光栅的分析 'T|.<u@~ vlj|[joXw 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 J?%D4AeS]v 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) ]r"{G*1Q
9 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 q9WSQ$:z8 8. 利用参数优化器进行优化 X?7$JV-:
"F[VqqD s.GhquFCrU 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 Q}fAAZ&7h 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 eIqj7UY_ 在该案例种,提出两个不同的目标: 5&9(d_#H #1:最佳的优化函数@193nm {&h &: #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 @Qc['V) b$Uwj<v 9. 优化@193nm MzG(+B *=|i"
:&or'Yi} 初始参数: ?4lAL 光栅高度:80nm nW drVT$ 占空比:40% \
I?;% 参数范围: M $~h(3 光栅高度:50nm—150nm U.^)|IHW 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) LiB0]+wzj 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 Gg.w-& #!`zU4&2
"]N QTUb; 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 3mm`8!R 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 vy"Lsr3 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 Y\%}VD2k 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ~AE034_N /e7'5#v 10. 优化@193nm结果 .i=%gg }zobIfIF
HRb_ZJz 优化结果: U/iAP W4U 光栅高度:124.2nm f^%E]ki 占空比:31.6% M5x!84 Ex透过率:43.1% ?D\%ZXo 偏振度:50.0 Czci6Lz 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 3,F/i+@ {!/y@/NK2 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 O\D({> 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 [y{ag{ 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 ?\O+#U%W T*{zL 11. 300nm到400nm波长范围的优化 Asn0&Ys4 9e1 6 g xLD6A5n,[ 初始参数: v :HgpZo+ 光栅高度:80nm V!opnLatYS 占空比:40% }agl:~C 参数范围: ^6LFho4 光栅高度:50nm—150nm R_N<j 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) k0YsAa#6V 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% I+CQ,Zuf G^(&B30V
2s4=%l 优化结果: 8;!Eqyt 光栅高度:101.8nm L$Leo6<3a 占空比:20.9% 6m.Ku13; Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) ^2AF:(E 偏振对比度:50.0 ,|4Ye 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。 8x9kF]= $HXB !$d 12. 结论 =k*0O_ kR6 t
. 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) (wlsn6h 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 <bx9;1C>zd (如Downhill-Simplex-algorithm) <{U{pCT% 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。 .#:,j1L"53
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