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infotek 2023-04-20 08:34

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。 >oN Wf  
;n.h!wmJ}  
1. 线栅偏振片的原理 Xy./1`X  
cNikLd~?A  
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 %QQ 2u$  
2. 建模任务 $ce*W 9`  
Bt#'6::  
$E!f@L  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 N`{ 6<Z0  
 偏振元件的重要特性: bPif"dhHe  
 偏振对比度 >Q'*~S@v3  
 透射率 D>^g2!b:  
 效率一致性 ao0^;  
 线格结构的应用(金属)
K2\)9  
H DD)AM&p  
3. 建模任务 Wsp c ;]&  
x-z方向(截面)                         x-y方向(俯视图)
`A5n6*A7  
4. 建模任务:仿真参数 >|`1aCg,  
86 9sS  
偏振片#1: ,6#%+u}f  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 ;y{(#X#  
 高透过率(最大化) W'=}2Y$]u  
 光栅周期:100nm(根据加工工艺) x4MTE?hT  
 光栅材料:钨(适用于紫外波段) j6};K ~N`  
偏振片#2: DUH DFG  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 l@1=./L?  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 I}f7|hYX  
 光栅周期:100nm LE)$_i8gX  
 光栅材料:钨 QN?EI: q=  
UCkV ;//.  
5. 偏振片特性 L Ee{fc?{  
XPZ8*8JL  
 偏振对比度:(要求至少50:1) s? Xgo&rS_  
9[W >`JKo  
7lA_*t@y  
G<$8g-O;D  
 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) wr=K AsH<  
>@ xe-0z  
`m8WLj  
NQ;$V:s)  
6. 二维光栅结构的建模 <2]D3,.g.  
1Sza%D;3  
Y"r728T`K  
 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。 lN8l71N^  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 jN'h/\  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 WC37=8mA  
Lfdg5D5.P  
I}5e{jBB  
A L^tUcl  
7. 偏振敏感光栅的分析 vceD/N8  
/#&jF:h  
 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。 A%7f;&x!  
 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) c#`IF6qj  
 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。
NI.ROk1{+4  
8. 利用参数优化器进行优化 = &?&}pVF  
HZ}Igw.Z  
{&^PDa|nD  
 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。 ?G!~&  
 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 -:"KFc8A  
 在该案例种,提出两个不同的目标: ,6pGKCUU:y  
 #1:最佳的优化函数@193nm -Ah&|!/  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数
dKC*QHU  
NP.i,H  
9. 优化@193nm GUqG1u z9  
c3ru4o*K  
Lccy~2v>  
 初始参数: (=fLWK{8  
 光栅高度:80nm u*W! !(P/  
 占空比:40% ,b IJW]h0  
 参数范围: b SgbvnJ  
 光栅高度:50nm—150nm 9wGsHf8]  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) TXXG0 G  
 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 %6rSLBw3  
?6nB=B)/  
:8@eon}  
 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 IbL'Z   
 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。 Zlh 2qq  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ,Wu$@jD/ ]  
 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 &Xh>w(u  
|r,})o>  
10. 优化@193nm结果 CDXN%~0h  
XksI.]tfj  
}o7-3!{L!  
 优化结果: :@"o.8p   
 光栅高度:124.2nm |e+3d3T35  
 占空比:31.6% 9L3P'!Z  
 Ex透过率:43.1% GYiL}itD=3  
 偏振度:50.0 r79 P|)\  
优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 TQNdBq5I6  
ts@Z5Yw*!  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 ^ <`SUBI  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 DR3om;Uk  
 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 K@xMPB8in  
*i#N50k*j'  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 Mp!1xx  
rw3tU0j  
EW vhT]<0  
 初始参数: XOQ0(e6  
 光栅高度:80nm ?wv3HN  
 占空比:40% 5S!j$_(  
 参数范围: 7][fciZN  
 光栅高度:50nm—150nm );TB(PQsBT  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) S{8-XiL,  
 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% &qSf ~7/  
mwsBj)  
u9~Ncz  
 优化结果: x|Pz24yP9  
 光栅高度:101.8nm 5lP8#O?=  
 占空比:20.9% }~PG]A  
 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) .|g@#XIwe#  
 偏振对比度:50.0 Qbjm,>H/^  
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:>3AJuS_  
^E\n^D-RV  
12. 结论 !v=/f_6  
mLkp*?sfC  
 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) _Li.}g@Bd  
 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 sb3z8:r  
(如Downhill-Simplex-algorithm) "nfi :A1  
 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。 0F![<5X  
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