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。 _cJ{fYwYU KC]Jbm{y 1. 线栅偏振片的原理 xUw\Y(! 0 /kbxpih
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Ey n3Vv?v 2. 建模任务 Lhc@*_2 u+R?N%
EKP :^*V[77 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 RSi0IfG5 偏振元件的重要特性: d,[KcX 偏振对比度 Xo*$|9[. 透射率 U'lD|R,g 效率一致性 ?ykZY0{B 线格结构的应用(金属) B>]5/!_4 I{AU, 3. 建模任务: 'LOqGpmVc
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ?I0 i%nH 4. 建模任务:仿真参数 .{;!bw _F*w
,b$8 偏振片#1: ,G:4H%? 偏振对比度不小于50@193nm波长 XH2SEeh 高透过率(最大化) q%'ovX(dm 光栅周期:100nm(根据加工工艺) IMR|a*=`c 光栅材料:钨(适用于紫外波段) X
or ,}. w 偏振片#2: `MwQ6%lf 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 T7T!v 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 YBCjcD[G 光栅周期:100nm e-')SB 光栅材料:钨 nSow$6T_ '?>eW2d 5. 偏振片特性 Y-Ku2m M"vcF5q 偏振对比度:(要求至少50:1) &Kve vPF dbuOiZ
oto od PVU"oz&T 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) )f!dG(\ _%2Umy|
IX*S:7S[ Gh|!FRK[$ 6. 二维光栅结构的建模 yUSB{DLpla cMWO_$ t(Zs*c( 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。 5>@uEebkv] 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 I:_*8el&d 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 `eWcp^| i-FUAR
Q kZM(pG [4hO3):F 7. 偏振敏感光栅的分析 /kA19E4 ;
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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。 L_|uB 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) P{Z71a5 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ?R]y}6P$ 8. 利用参数优化器进行优化 uT/B}`md
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Z<k JZ%F 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。 6}T%m?/ } 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 7ILa H|eN 在该案例种,提出两个不同的目标: 9xQ8` 7 #1:最佳的优化函数@193nm =[K)<5,@ #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 bXH^Bm o1WidJ" 9. 优化@193nm qZJ*J+ !"J#,e|
GeaDaYh#T 初始参数: i5KwYoN 光栅高度:80nm >NRz*h # 占空比:40% H 1D;:n 参数范围: &7w>K6p 光栅高度:50nm—150nm d `kM0C 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ewrWSffe 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 MXF"F:-Kn $XQxWH|
U('<iw,Yy 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 a9Fm Y` 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 b3b~T]] “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 q83~j`ZJ$ 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 U[QD! OJsd[l3xR 10. 优化@193nm结果 s!'A\nVV1$ 7_40_kwJi
]rg+nc3 优化结果: N4H+_g| 光栅高度:124.2nm a*':W%7 占空比:31.6% "b>KUzuYT Ex透过率:43.1% Nr24[e
G>d 偏振度:50.0 T]6c9_ 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。 l-S'ATZ0p Z SRRlkU 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。 !wd'::C 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。 VL7S7pb_ 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。 k&A7alw =kb6xmB^t 11. 300nm到400nm波长范围的优化 aw/7Z`
f5aF6FBH r)p2'+}pV 初始参数: BY*2yp}7 光栅高度:80nm &QTeGn 占空比:40% V(2,\+ t 参数范围: >HPvgR/#BY 光栅高度:50nm—150nm [2'm`tZL 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Hs%QEvZl 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% @?Gw|bP Q)Iv_N/
[vWkAJ'K 优化结果: ojx'g8yO 光栅高度:101.8nm }r}RRd 占空比:20.9% r]8x;v1 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) zr.+'
偏振对比度:50.0 Ug7`ez4vw 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。 #Pu@Wx *:\:5*SY 12. 结论 DB`$Ru@ DD!MGf/ 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) *p&^!ct 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 f v E+.{ (如Downhill-Simplex-algorithm) _ }E-~I> 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。 Q(|PZng
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