F|mppY'<J 案例315(3.1) 9)P-< [;6,lI} 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。 \!`k:lusa <}Hfu-PLo 1. 线栅偏振片的原理 B^|^hZZ> [attachment=70652] 带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 {`RCh]W 2bIP.M2Fs 2. 建模任务 ;t6)(d4z?
[attachment=70653] ;og[q 3m;*gOLk6 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 >)`yG'[ 偏振元件的重要特性: o2'^MxKb T 偏振对比度 oU|yBs1 透射率 O+f'Ql 效率一致性 79HKfG2+KB 线格结构的应用(金属) \S5YS2,P {Q?\%4>2 3. 建模任务: x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) [attachment=70654] n1Ic[cM} \eH`{Z'.x5 4. 建模任务:仿真参数 %Z.!T L0^rw|Z%' 偏振片#1: S/?!ESW6 偏振对比度不小于50@193nm波长 Z'Uc}M'U 高透过率(最大化) PiL[&_8g 光栅周期:100nm(根据加工工艺) D MzDV _ 光栅材料:钨(适用于紫外波段) :`Sd5b> 偏振片#2: !tuN_ 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 bM@8[&ta 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 XEX-NE"] 光栅周期:100nm "gIjU~'A 光栅材料:钨 vV$6fvS w^EUBRI- 5. 偏振片特性 PR+L6DT_ "|,;~k1 偏振对比度:(要求至少50:1) A_pcv7=@ cXDG(.!n7B [attachment=70655] XYrZI/R W{!Slf 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) UL3++bt 7g%.:H= [attachment=70656] h\<;N*Xi _N1UL? 6. 二维光栅结构的建模 h0c&}kM
[attachment=70657] `VL<pqPP b0:5i<"w6 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 dN)@/R^E; 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 i_'u:P<t 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 7dh--.i <#ZDA/G(
[attachment=70658] }uo.N
\X] 7. 偏振敏感光栅的分析 <&m
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[attachment=70659] X"fSM
# 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 _ry7[/) 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) R64/m9 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 d{FD.eI0 8. 利用参数优化器进行优化 -;s-*$I
[attachment=70660] U/j+\Kc~ ;)rs#T;$ 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。 F#>^S9Gml 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。
JQO%-=t 在该案例种,提出两个不同的目标: XKEbK\ #1:最佳的优化函数@193nm ,0fYB*jk #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 nNP{>\x;" Ks/Uyu. X 9. 优化@193nm
1k39KO@ [attachment=70661] tLc~]G*\`s wPRs.(]_ 初始参数: (cpaMn@)g 光栅高度:80nm V+dFL9 占空比:40% 15U[F0b 参数范围: ?YA5g' l 光栅高度:50nm—150nm !1{kG%B= 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ;Y"*Z2U 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 Ng;Fhv+ [attachment=70662] j|c6BdROl FZJyqqA$_ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 L\/YS;Y 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 P%^\<#Ya7 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 w@Gk# 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 ^[u*m%UB lV)SOs$ 10. 优化@193nm结果 A_}%YHb [attachment=70663] h 1`yW#% $" `9QD~ 优化结果: %n<.)R 光栅高度:124.2nm j[q$;uSD 占空比:31.6% VQ]MJjvb Ex透过率:43.1% ckg8x&Z 偏振度:50.0 /ar/4\b 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。[attachment=70664] =S|^pN ab-MEN`5 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{))+'s2h 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。 ].,TSnb 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。 j6.'7f5M<H 5q>u]n9] 11. 300nm到400nm波长范围的优化 JJn+H&[B [attachment=70665] 7IV:X
_y d;c<" + 初始参数: 8OW504AD 光栅高度:80nm | Sf` Cs 占空比:40% !&=%#i 参数范围: 0Fi&7% 光栅高度:50nm—150nm {cF>,T 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) qf
qp}g\ 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% <78LB/: [attachment=70666]
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优化结果: av*M# 光栅高度:101.8nm [va7+=[1= 占空比:20.9% 9&t!U+ Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) .Iret: 偏振对比度:50.0 UIl^s8/ 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。 :/
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12. 结论 0Q_@2 >&kb|)
- 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)
- 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 LpJ_HU7@lk
(如Downhill-Simplex-algorithm) - 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。
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