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。 Wtcib- 3-{BXht) 1. 线栅偏振片的原理 -kMw[Y b&&l
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 kodd7 AD 2. 建模任务 *?HGi>]\| {> msE }L fPUr O 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 j7kX"nz 偏振元件的重要特性: A`f"<W-m 偏振对比度 Fw\Z[nh 透射率 R2sG'<0B0 效率一致性 "}*D,[C5e 线格结构的应用(金属) *0!p_Hco C`g
"Mk8 3. 建模任务: =N\; ?eF(
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) wPjq
B{!Q 4. 建模任务:仿真参数 Si?s69 )PP yJ@M 偏振片#1: 49&i];:%7% 偏振对比度不小于50@193nm波长 m]>zdP+ 高透过率(最大化) QTi@yT: 光栅周期:100nm(根据加工工艺) aM;SE9/U 光栅材料:钨(适用于紫外波段) VbvP!<8 偏振片#2: _90D4kGU 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 Y|fD)zG_ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 ]wU/yc)e 光栅周期:100nm $ItmYj.m 光栅材料:钨 oR2?$KF fOHbgnL> 5. 偏振片特性 W4^zKnH xj>P5\mW# 偏振对比度:(要求至少50:1) [8sYE h I$t8Ko._"
h2Nt@ y%i9 b&gDd 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) rC^5Z M0fN[!*z
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UgA; 6. 二维光栅结构的建模 I 0~'z f W-s 6+DY l'EO@D/M 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。 QX<n^W 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 r{R<J?Y 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 o{,IO!q A
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FE!jN-# MrHJ)x"hy 7. 偏振敏感光栅的分析 6U*CR=4
'cpm 4mT 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。 U 3a2wK 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) SPb+H19; 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 mBErU6?X,A 8. 利用参数优化器进行优化 i#*[,
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),p0V
#("M4}~ 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。 RBrb7D{ 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 /&Oo)OB; 在该案例种,提出两个不同的目标: $M)i]ekm #1:最佳的优化函数@193nm c36p+6rJk= #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 U_*,XLU !YAX.e 9. 优化@193nm 0 MK} u?`{s88_mF
S=r0tao,!v 初始参数: l{dsm1#W~ 光栅高度:80nm 9-T<gYl 占空比:40% ?A|JKOst] 参数范围: n/5T{ NfG 光栅高度:50nm—150nm EN2t}rua 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) "KP]3EyPc 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 }"T Q\v$ Wm6qy6HR
oM!&S'M/ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 zfKO)Itd 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。 e El)wZ,A “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 F
`o9GLxM} 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 -SM_JR3< pZ>yBY?R8> 10. 优化@193nm结果 z+yq%O 4tCM2it%
_!o8s%9be 优化结果: OlCqv-B2& 光栅高度:124.2nm vQ*[tp#qU 占空比:31.6% u$R5Q{H_ Ex透过率:43.1% s9+):,dKP 偏振度:50.0 Dq<la+VlO 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 + kMj|()>\ LXo$\~M8G8 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。 S#M8}+ZD, 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。 F~6]II 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。 *,Bm:F<m m&gd<rt/ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 j<~Wp$\i7> f/J/tt >Y08/OAI.2 初始参数: a5#G48'X 光栅高度:80nm -0CBMoe 占空比:40% HMF2sc$N 参数范围: aPelt` 光栅高度:50nm—150nm 1k6asz^T 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ;"nO'wN:h 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% [gBf1,bK !-}Q{<2@W
&AJ bx 优化结果: 8S#$'2sT 光栅高度:101.8nm Cw(e7K7& 占空比:20.9% Acw`ytV Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) 89:nF# 偏振对比度:50.0 `'s_5Ek 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 vSnVq>-q& iXm&\.% 12. 结论 z]N#.utQ yb',nGl~ 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) J`5+Zngr VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能
<)TIj6 (如Downhill-Simplex-algorithm) +=J$:/&U 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。 Xq$-&~
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