[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） $9/r*@bu8d  
(ydeZx
 
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。 ;Xns9  
%k_JLddlW  
1. 线栅偏振片的原理 <Coh &g_  
yI)2:Ca*  
2. 建模任务 [@czvPi  

5h&8!!$[  
*zcH3a,9"x  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 jsj" W&J  
 偏振元件的重要特性： &x3y.}1
 
 偏振对比度 qM)^]2_-  
 透射率 -c tZ9+LL  
 效率一致性 d{&z^  
 线格结构的应用(金属) P<1zXs.H  
:n=+$Dq  
3. 建模任务： Kfh"XpWc$  
he,T\};  
4. 建模任务：仿真参数 y< 84Gw_  
E+gUzz5  
偏振片#1: _z;N|Xe  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 c72/e7gV  
 高透过率(最大化) SFHa(JOS  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) btOC\bUMfD  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) ?^5x d1>E  
偏振片#2: j<[<qU:  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 H5n"!!  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 `WVQp"m  
 光栅周期：100nm M1:m"#=  
 光栅材料：钨 :Vg,[\I{  
+.=a R<Q  
5. 偏振片特性 VH/_0  
KM6r}CDHs  
 偏振对比度：(要求至少50:1) q(C+D%xB  
iMSS8J  
=8]'/b  
x|Dj   
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) &wJ"9pQ~6E  
<B)lV'!Bd  
F~m tE8B:  
MxYCMe4S[  
6. 二维光栅结构的建模 Ut<_D8Tzx  

MDRSI g  
W!{uEH{%l  
 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。 /<@oUv  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 rl4-nA  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 [mhY_Hmz]  
XG0,
@Ly  
!!9V0[  
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'7  
7. 偏振敏感光栅的分析 mesR)fTI  

>y1/*)O9~  
 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。 '+$2<Ys  
 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) `H\^#Zu  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 PffRV7qU0  
8. 利用参数优化器进行优化 |XQ!xFB  

TOQvZ?_
 

I)6)~[:'  
 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。 JI.ad_IR
 
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 !=ZbBUJF  
 在该案例种，提出两个不同的目标： ^uYxeQY[  
 #1:最佳的优化函数@193nm bH&[O`vf  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 q*2ljcb55  
3]wV`mD  
9. 优化@193nm &AW?!rH  
*-2u0%  
 初始参数： 7.]ZD`"Bb  
 光栅高度：80nm 7-)Y\D  
 占空比：40% |[gnWNdR$M  
 参数范围： sC/T)q2  
 光栅高度：50nm—150nm 0%vXPlfnY  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) {W@Y4Qqq  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 JTx&_Ok#  
98x(2fCvF(  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 Hf#/o{=~}  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 % nJ'r?+h  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 D9JT)a  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 Ehg5u'cj  
KVJiCdg-  
10. 优化@193nm结果 r3#H]c  
6zyozJA  
 优化结果： \ ddbqg?`  
 光栅高度：124.2nm 0?k/vV4  
 占空比：31.6% "Y4tt0I  
 Ex透过率：43.1% xZBmQ:s',S  
 偏振度：50.0 \07 s'W U  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 /z6NJ2jb  
<jfi"SJu  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 ;[&g`%-H<  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 je.mX/Lpj  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 IS"UBJ6p  
,_p_p^Ar\4  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 Ip|7JL0Z  
(eHvp  
C)Mh  
 初始参数： 6MF%$K3  
 光栅高度：80nm eo"6 \3z  
 占空比：40% 5WY..60K,  
 参数范围： SI U"cO4  
 光栅高度：50nm—150nm ^Km
yB6Yg  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) #}l}1^$  
 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% SxNs  

taw #r  
 优化结果： Bx;bc  
 光栅高度：101.8nm t/pHdxX*C7  
 占空比：20.9% 8&B{bS  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） HX?5O$<<N  
 偏振对比度：50.0 H"6:!;9,  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 ewD6
1Y8-  
+ ,0RrD )  
12. 结论 yi
n"+&<T  
(yn!~El3  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围)  ]Ocf %(  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 CZt)Q4  
(如Downhill-Simplex-algorithm) @zW'!Ol  
 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化，并满足独立的要求。 n"$D/XJO