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*W9` 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 LEe{fc?{ XPZ8*8JL 偏振对比度:(要求至少50:1) s? Xgo&rS_ 9[W >`JKo
7lA_*t@y G<$8g-O;D 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) wr=KAsH<
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`m8WLj NQ;$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 AL^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% ,bIJW]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$@jD/] 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 &Xh> w(u |r,})o> 10. 优化@193nm结果 CDXN%~0h XksI .]tfj
}o7- 3!{L! 优化结果: :@"o.8p 光栅高度:124.2nm |e+3d3T35 占空比:31.6% 9L3P'!Z Ex透过率:43.1% GYiL}itD=3 偏振度:50.0 r79P|)\ 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求。 TQNdBq5I6 ts@Z5Yw*! 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性,对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 ^ <`SUBI 由于在小于300nm波长时材料参数的变化,透射表现出较差的一致性。 DR3om;Uk 因此,在第二个步中,将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 K@xMPB8in *i#N50k*j' 11. 300nm到400nm波长范围的优化 Mp!1xx rw3tU0j EW vhT]<0 初始参数: XOQ0(e6 光栅高度:80nm ?wv3HN 占空比:40% 5S!j$_( 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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