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。 \vJ0Mhk1 ZH|q#<{l 1. 线栅偏振片的原理 {?Nm"# I-}ms
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 |gWA'O0S 2. 建模任务 tkH]_cH'w B~E">}=! W+GC3W 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 o">~ObR 偏振元件的重要特性: '#yqw% 偏振对比度 4Z>gK( 透射率 Pro?xY$E) 效率一致性 _
xym 线格结构的应用(金属) 5'NNwc\ <{k`K[) 3. 建模任务: "AZ|u#0P
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) (c)=Do= 4. 建模任务:仿真参数 !(7m/R ^8EW/$k 偏振片#1: aoZ |@x 偏振对比度不小于50@193nm波长 5q*s_acQ 高透过率(最大化) l;KrFJ6 光栅周期:100nm(根据加工工艺) >I0;MNX 光栅材料:钨(适用于紫外波段) p:TE## 偏振片#2: /='0W3+o*L 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 "5L?RkFi\ 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 ZT@=d$Z&t 光栅周期:100nm z
&Xl 光栅材料:钨 .SjJG67OyA D
h;5hu2" 5. 偏振片特性 SGSyO0O /6Q]f 偏振对比度:(要求至少50:1) nKzm.D gt_ 41Z@_J|&
=]]1x_GB pJvPEKN 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) s2"`j-iQ iAZ8Y/
'x{oAtCP9 e2v`
6. 二维光栅结构的建模 J/'Fj? u>)h >({qgzV` 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 -'g>i 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 1R3,Z8j' 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 `v!.
,Yr +Ps.HW#NY
Sc]K-]1(H lwq:0Rj@Q 7. 偏振敏感光栅的分析 ns%gb!FBJX . 2$J-<O 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。 kW)3naUf< 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) o3dqsQE% 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 #Z1-+X8P 8. 利用参数优化器进行优化 o[cOL^Xd1
f]8MdYX( y62f{ks_/ 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。 Rb L?( 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 e?.j8Q~ 在该案例种,提出两个不同的目标: >2znn&gZ #1:最佳的优化函数@193nm =}#yi<Lt #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 84QOW|1 gMI%!Y 9. 优化@193nm 0TmEa59P VIz(@
U;#KFZ+~ 初始参数: -n.m "O3 光栅高度:80nm gSwV:hm 占空比:40% e&;e<6l&{ 参数范围: 04-_ K 光栅高度:50nm—150nm a2B71 RT~ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) E%bhd4$G 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 KM wV;r BQ0?B*yqd
IFTNr2I 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 \W.CHSD 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 YbU8 xq “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ;[::&qf 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 KkZx6A)$u 4C =W~6~ 10. 优化@193nm结果 Uw("+[ 5O0 LZn'+{\`
=@Oo3*> 优化结果: G1 "QX 光栅高度:124.2nm ByY2KJ7 占空比:31.6% 'IX1WS&\" Ex透过率:43.1% 2&V>pE 偏振度:50.0 BuV71/Vb{Q 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。 J
_O5^=BP !:|*! 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。 *)Qv;'U=rn 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。 %*gf_GeM 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。 X}k;(rb ==[=Da~ 11. 300nm到400nm波长范围的优化 n{;Q"\*Sg RE;A0E_3 rw'+2\ 初始参数: F-/z@tM 光栅高度:80nm j+_fHADq 占空比:40% 3%+~"4& 参数范围: L~6%Fi&n4 光栅高度:50nm—150nm |Mq+QDTTw~ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Ljd`)+`D 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% 5!F;|*vC8 C#U(POA
",b:rgpRp 优化结果: "io O_ 光栅高度:101.8nm 0)WAQt\/ 占空比:20.9% yl-:9|LT Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) XZIapT 偏振对比度:50.0 v1:.t 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。 Vu5?;|^: -$Z1X_~;)< 12. 结论 X+;[Gc}(W [
\_o_W 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) {U=J>#@G 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 <K [y~9u (如Downhill-Simplex-algorithm) U>PZ3 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。 V9oBSP'kt
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