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。 Xxr"Gc[ g17 fge6% 1. 线栅偏振片的原理 (?1/\r 9k;%R5(
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 6[Wv g 2. 建模任务 ={\9-JJhE 5xhYOwQBo S,f:nLT 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 !md1~g$rN 偏振元件的重要特性: $S/EIN c 偏振对比度 RMlx[nsq 透射率 .* &F 效率一致性 X3m) 线格结构的应用(金属) Y'yGhpT~ RV),E:? 3. 建模任务: LerRrN}~
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ny1Dg$ui2 4. 建模任务:仿真参数 L:7 kp<E HL%|DCo 偏振片#1: ^00C"58A 偏振对比度不小于50@193nm波长 10CRgrZ 高透过率(最大化) 2 }rYH;Mx 光栅周期:100nm(根据加工工艺) }pKKNZ`[ 光栅材料:钨(适用于紫外波段) !M}ZK( 偏振片#2: R%"'k<`# 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 AbIYdFX B 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 A`*Sx"~jdx 光栅周期:100nm byPqPSY 光栅材料:钨 UZ!It>
4VhKV JX 5. 偏振片特性 H@'u$qr$: Bz?
(?fyd 偏振对比度:(要求至少50:1) %*OQH?pyx} -'T^gEd)c
?@QcKQ@ |eqp3@Y1E 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) _Uhl4Mh yT[)V[}
_|7bpt9 o\X|\nUk 6. 二维光栅结构的建模 d
9]zB-A dst!VO:
M u5tUm 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。 /%TL{k&m$ 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 R]0tG
通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 M=4`^.Ocm Esf\Bo"
}$#PIyz M:oZk&cs 7. 偏振敏感光栅的分析 ~YXkAS: ?N&s. 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。 !ezy
v` 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) meZZQ:eSl 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 tNljv >vI 8. 利用参数优化器进行优化 NG?g(
j-wKm_M#jX 3-BC4y/ 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。 7=a
e^GKo 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ;<#=|eD2 在该案例种,提出两个不同的目标: !UHX?<3r #1:最佳的优化函数@193nm Tj6kCB #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 eg"A?S FY
pspv?4 9. 优化@193nm ]3uj~la g#o9[su
dte-2?%~j 初始参数: <GSp%r 光栅高度:80nm B^C5? 占空比:40% vJe c+a 参数范围: '`j MNKn\ 光栅高度:50nm—150nm zZP&`#TAy 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) XW:%YTv 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 goc; .~? 7V&ly{</
pW_mS| 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 Wz;@Rl|F 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。 x[mh^V5ld “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 zEDN^K ' 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ,fvhP $n on
4
$n7 10. 优化@193nm结果 (#+81 Dr FBa-gm<9
zpg512\y 优化结果: x^McUfdr| 光栅高度:124.2nm X39%O' 占空比:31.6% ~Xc1y!"9* Ex透过率:43.1% |Rz}bsrZ 偏振度:50.0 "g5MltH 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。 (&M,rW~Qxs 60l!3o"p! 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。 n<ecVFft 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。 umt(e:3f5 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。 Z8Tb43? M-(,*6Q 11. 300nm到400nm波长范围的优化 lU.aDmy< \mqrDaB Gn;^]8d 初始参数: !8tqYY?>@\ 光栅高度:80nm &_' evZ8 占空比:40% c_Iq!MH 参数范围: -i]2b 光栅高度:50nm—150nm f'Rq#b@ 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 'l3 DP 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% /as+ TU`A $5@[l5cJU;
a..LbQQ 优化结果: ES)_X:\X?V 光栅高度:101.8nm
zuF]E+ 占空比:20.9% sTvw@o* Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间)
Q1!+wC 偏振对比度:50.0 K14v6d 优化后的偏振片满足所需的光学功能,并达到给定的技术要求,尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 W+Ou%uv}S EmyE%$*T 12. 结论 k<RaC= 9TEAM<b; 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) f n8|@)J 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 4D6LP* (如Downhill-Simplex-algorithm) Yw\lNhoPS 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。 @ ZN@EOM$+
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