[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） }%}eyLm(  
(thzWr6;  
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。 >SzTZ3!E  
6yR7RF}  
1. 线栅偏振片的原理 Oll\T GXP!  
v14[G@V~\  
2. 建模任务 wg[*]_,a  

K>q,?x b  
XR+2|o  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ~jPe9  
 偏振元件的重要特性： _Ih~'Y Fd  
 偏振对比度 .c',?[S/vH  
 透射率 FY
i<+]HZ  
 效率一致性 ;CC[>  
 线格结构的应用(金属) B>'\g O\2  
]l\J"*"aB  
3. 建模任务： +uH1rF_&@  
2{qoWys8[  
4. 建模任务：仿真参数 Sz._XY^  
3sL#_@+yz  
偏振片#1: ugL$W@   
 偏振对比度不小于50@193nm波长 -}>Q0d)  
 高透过率(最大化) ^WRr "3  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) \t(/I=E8/  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) l>:?U  
偏振片#2: J0x)m2  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 B.{yf4a#L  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 HH]LvK  
 光栅周期：100nm [`:\(( 8  
 光栅材料：钨 ;T
R.UUT  
.z9JoQ  
5. 偏振片特性  g6~uf4;  
c-3? D;  
 偏振对比度：(要求至少50:1) 4u;W1=+Vn  
Vw,dHIe(3  
)S5Q5"j&=f  
4}0s^>R  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) tV T(!&(  
/1^%32c  
3}sd%vCK  
Y`_6Ny="  
6. 二维光栅结构的建模 [bZXzV(  

y)=
Xo7j  
_qGkTiP  
 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。 u=4tW:W,  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 m*(8I=]q  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 VfQSfNsi  
_[.`QW~  
i JQS@2=A  
f6z[k_lLN  
7. 偏振敏感光栅的分析 Mbi)mybM  

JU~l  
 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。 Xf.SJ8G  
 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) $
V@IRBm  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 PB`94W  
8. 利用参数优化器进行优化 z,^baU  

a|OX
4  

YUc&X^O  
 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。 ? 1_*ct=g9  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 ^c/.D*J[I  
 在该案例种，提出两个不同的目标： e\)PGjSI  
 #1:最佳的优化函数@193nm b>o38(  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 K)&AR*Tc  
v_b%2;<1  
9. 优化@193nm `"  
a*o=,!  
 初始参数： 7q(RQQp  
 光栅高度：80nm |J8c|h<  
 占空比：40% %SIbpk%  
 参数范围： jy6% CSWQ  
 光栅高度：50nm—150nm 6)Kg!.n%f  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) lh .p`^v  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 /5SBLp
}Sy  
&,bJ]J)8O  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 ;Q\Duj  
 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。 IY+P Yad  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 \QQw1c+  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 {wK98>$a  
yv&&x.!.Z  
10. 优化@193nm结果 O$KLQ'0"n  
^ @sg{_.~l  
 优化结果： "*<9)vQ6|  
 光栅高度：124.2nm
8I`>tY  
 占空比：31.6% LG@5Z-  
 Ex透过率：43.1% XB^o>/|@S  
 偏振度：50.0 )%gigQZ+  
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。 U+URj <)  
m{;2!  
 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。 }c^`!9  
 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。 %r?Y!=0  
 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。 }H\wed]F/  
A-qdTJP  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 gm(`SC?a  
oBpHm
MzA  
pFx7URZA  
 初始参数： G D$o|l]\  
 光栅高度：80nm 3Oy?_a$  
 占空比：40% x}{/) ?vC  
 参数范围： ~4<xTP\*  
 光栅高度：50nm—150nm  lEh;MJ  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Etj@wy/E  
 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% ( hp 52Vse  
b:SjJA,HM  
 优化结果： z;J"3kM  
 光栅高度：101.8nm tDJtsOL  
 占空比：20.9% !g'kWE[  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） 'H0uvvhOp  
 偏振对比度：50.0 *?:V)!.2z  
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。 -c{O!z6sX  
\C#XKk$OE  
12. 结论 ;p)RMRMg  
jb|al[p\  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) N2#Wyt8MC  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 GHWi
,' mr  
(如Downhill-Simplex-algorithm) V:s$V.{!  
 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。 aJdd2,e