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。 ?0tg}0| TQ
Vk;&A 1. 线栅偏振片的原理 WA{igj@\ ntiS7g e1
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 Hh<H~s [ 2. 建模任务 5/48w-fnZ J(
}2Ua_ wN2+3LY{ 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 +Qs]8*^?; 偏振元件的重要特性: N!A20Bv 偏振对比度 'nJF:+30ZH 透射率 x^f<G
6z 效率一致性 ;?6vKpj; 线格结构的应用(金属) HDyf]2N*N od;-D~ 3. 建模任务: :fRXLe1=
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) Vs>Pv$kW 4. 建模任务:仿真参数 _MBa&XEM <J[le= 偏振片#1: C
\ Cc[v 偏振对比度不小于50@193nm波长 F c[KIG3@ 高透过率(最大化) yI w}n67 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 2`yhxO 光栅材料:钨(适用于紫外波段) BT_]=\zi 偏振片#2: -F[8ZiZ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ]5W$EvZ9) 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 WSThhI 光栅周期:100nm BEZ~<E&0H 光栅材料:钨 !\]^c ,RP-)j"Wff 5. 偏振片特性 [^>XRBSm }E`Y.=
S 偏振对比度:(要求至少50:1) 95 ;{ms[ }v(wjD
c?::l+ )W@ug,y 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) \j)Evjw J )1
vwR_2u pjl%Jm 6. 二维光栅结构的建模 E}^V@ :j> Z\$HgG ];r!
M0 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。 Z:b?^u4. 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 OhF55,[ 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 :\](m64z; ~% hdy@
%cNN<x8 ~cz}C("Z 7. 偏振敏感光栅的分析 $+gQnI3w !3Dq)ebBz 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。 4^_6~ YP7 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) Rq4;{a/j 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 =4ygbk 8. 利用参数优化器进行优化 D(cD8fn,J
,n|si# Iil2R}1 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。 Xz]l#w4Pp 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 -oD,F
$Rb 在该案例种,提出两个不同的目标: s"L&y <?) #1:最佳的优化函数@193nm kuY^o,u-1e #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 whI{?NP o$_0Qs$ 9. 优化@193nm UhB+c :4AQhn^;"
rcnH ^P 初始参数: OM'iJB6= 光栅高度:80nm +cpb!YEAb 占空比:40% 5hs_k[q 参数范围: FT).$h~+4 光栅高度:50nm—150nm S)CsH1Q 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) gt4GN`-k 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 a=S &r1s> 5!0iK9O
HOW<IZ^ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 yoE-a
通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 {R$`YWk “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 -:}vf? 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 Q\oa<R
D5 j/v>,MM 10. 优化@193nm结果 N=mvr&arP pEB3qGA
tpI/Ibq 优化结果: ]dycesc' 光栅高度:124.2nm gx\V)8Zr 占空比:31.6% 0%xk tf Ex透过率:43.1% V[ UOlJ 偏振度:50.0 D5zc{) / 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。 vc#o(?g b+s'B4@rb 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。 &{)<Q(g 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。 a[ULSYEi 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。 ? Fqh
i )Rr6@o 11. 300nm到400nm波长范围的优化 #rHMf%0 ~B<\#oO {/[@uMS_6] 初始参数: O"9t,B>=i 光栅高度:80nm $.,PteYK 占空比:40% )\U:e:Z ae 参数范围: jMT[+f 光栅高度:50nm—150nm ? [Yn<| 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) .+7n@Sc 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% /cS8@)e4 ]H`wE_2tu
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U;} 优化结果: pbzt8 P[ 光栅高度:101.8nm G>~/ 占空比:20.9% `n+uA~ Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) LM<*VhX 偏振对比度:50.0 .]9`eGVWj 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。 EXdX%T\ 1@Ba7>%' 12. 结论 jLFaf#G] VnuG^)S 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) -O})Y>=} 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
\^1^|a" (如Downhill-Simplex-algorithm) zkt~[-jm} 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。 \t{iyUxY
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