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。 nv WTx4oy /0 |niiI 1. 线栅偏振片的原理 2I!STP{ !l Al?LO;$Pa?
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 eM)E3~K:2 2. 建模任务 HA}pr6Z ]KX _a1e "]BefvE 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 " bHeNWZ 偏振元件的重要特性: cp|&&q 偏振对比度 JDO5eEwj 透射率 W?W vT`
T{ 效率一致性 ]V9z)uz 线格结构的应用(金属) J:M)gh~# ~r~~0|= 3. 建模任务: }@Mx@ S
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) :UuPy|> 4. 建模任务:仿真参数 gR `:)> G$\2@RT9[ 偏振片#1: Ve<3XRq|8 偏振对比度不小于50@193nm波长 %\=oy=f 高透过率(最大化) p_hljgOV 光栅周期:100nm(根据加工工艺) s
}P-4Sg 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ?H9F"B$a 偏振片#2: ag6hhkjA 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ZB-+bY 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 2i);2>HLG 光栅周期:100nm g*9jPwdG 光栅材料:钨 5[WhjTo B7Um G)C 5. 偏振片特性 )]2yTG[ G>hmVd 偏振对比度:(要求至少50:1) 5BKmp-m [,_M@g3
}K=TB}yY /Cd`h;#@ 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ,j~R ^j ?
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sQ 6. 二维光栅结构的建模 ^iJMUV| eK"B.q7 06bl$% 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。 [woR 9azC 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 g0.D36 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 \K 01F @URLFMFi
;K?fAspSH w $7J)ngA9 7. 偏振敏感光栅的分析 =+gp~RR, WG
9f>kE 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。 ak50]KYo 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) .
FT*K[+ih 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 9E_C
u2B 8. 利用参数优化器进行优化 EmNB}\IYU
R<mLG $ ]>@;
2%YvY 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。 <p(&8P 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 vCwDE~ 在该案例种,提出两个不同的目标: 9frx 60 #1:最佳的优化函数@193nm 0_bt*.wI+ #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 @18@[ :d" dJ`Fvj 9. 优化@193nm |0w'+HaE~N ]
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HSx~Fs^J 初始参数: @M4~,O6- 光栅高度:80nm s<qSelj 占空比:40% CGg:e:4 参数范围: =!xeki]|9 光栅高度:50nm—150nm XzQ=8r>l 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) :EyH'v 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 #ITx[X89| fDq,
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lg;Y}?P 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 Xvs{2 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。 [p@NzS/ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 S$]:3 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 w0~iGr}P CzzG 10. 优化@193nm结果 5S7`gN. iyOd&|.
xpyb&A 优化结果: "<6pp4*I 光栅高度:124.2nm iCN@G&rVw 占空比:31.6% $E|W|4N Ex透过率:43.1% <-Q0WP_^ 偏振度:50.0 s~/]nz]"J 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。 p%IR4f |f8by\Q86= 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。 [CPZj*|b 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。 sNvT0 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。 RYE::[O7 joDfvY*[ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 `P/* x[? j`BFk> Hh;w\)/%j 初始参数: W~k!qy ` 光栅高度:80nm ^&&dO*0{ 占空比:40% DHt 8 f 参数范围: wt2S[:!p 光栅高度:50nm—150nm ErESk"2t 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) @+1E|4L1vf 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% 9 b]U&A$ kTiQO2H
}C*o;'o5G 优化结果: *,
*"G? 光栅高度:101.8nm 10#!{].#x 占空比:20.9% ,zXL8T Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 9^a>U(, 偏振对比度:50.0 7v,>sX 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。 =_":Z!_ :VN<,1s9p^ 12. 结论 `zzX2R Je lR.a3.~ 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) =~=/ d q 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 1r~lh#_8 (如Downhill-Simplex-algorithm) =AD/5E,3 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。 )sV#
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