[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） @0/@p"j  
uc"[qT(X  
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。 L3G)?rPFC#  
vUIK4uR.  
1. 线栅偏振片的原理 Op$J"R  
AP?{N:+  
2. 建模任务 [r/Seg"  

V)?x*R*T)  
9TX
m Z  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 0|DG\&?  
 偏振元件的重要特性： ++p& x{  
 偏振对比度 %.6?\w1e  
 透射率 *>&N t  
 效率一致性 9^Vx*KVrU  
 线格结构的应用(金属) d,Dg"Z  
S}xDB  
3. 建模任务： ["#A-S  
q2j}64o_S  
4. 建模任务：仿真参数 @=zBF'<.9  
Kj<<&_B.H  
偏振片#1: |z<wPJ,;2  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 d8BK
/b  
 高透过率(最大化) $RF
u m'`5  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) &_%+r5  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) O,xAu}6f+  
偏振片#2: E6^S2J2  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 RWh}?vs_  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 hk$nlc|$  
 光栅周期：100nm zC>(!fJq
q  
 光栅材料：钨 t+)GB=C  
@Qsg.9N3K  
5. 偏振片特性 ,w58n%)H  
szsZFyW)+  
 偏振对比度：(要求至少50:1) /jL{JF>I  
. =foXN  
HI?~t|[y  
%Pvb>U(Xs  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) U+}9X^  
1.d9{LO[-  
:c/=fWM%  
my\oC^/9  
6. 二维光栅结构的建模 [@FeRIu8  

wM&x8 <  
N n-6/]d#  
 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。 fN%5D z-e  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 \g[f4xAV  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 y?4=u,{C  
xcRrI|?eC  
}~,cCtg:o  
!<^j!'2  
7. 偏振敏感光栅的分析 z)y(31K<1  

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hD bv5  
 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(;u1  
 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) aeLo;!Jh  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 5<8>G?Y  
8. 利用参数优化器进行优化 1ZW'PXUZ  

CbaAnm1  

^ J@i7FOb  
 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。 WG=r? xE  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 I:)#U[tn0  
 在该案例种，提出两个不同的目标： eOO*gM=  
 #1:最佳的优化函数@193nm WjxB
Nk'f  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 F88SV6  
g#nsA(_L  
9. 优化@193nm zYJ`.,#C 5  
NW Qu-]P  
 初始参数： m`0{j1K  
 光栅高度：80nm 6C}Z1lZl  
 占空比：40% &I_!&m~  
 参数范围： s/|'1E\F  
 光栅高度：50nm—150nm g {wPw  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 7ib<Cb>K  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ]-OkW.8d1  
c`=hK*  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 5W'|qmJ  
 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。 -+Ji~;b  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 I}3K,w/7mi  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 %cjav  
NGGd6V%'-  
10. 优化@193nm结果 EB<tX`Wp  
MNE)<vw>  
 优化结果： Q*o4zW  
 光栅高度：124.2nm Lh$ac-Ct  
 占空比：31.6% GgZf6~b1J  
 Ex透过率：43.1% 9:5NX3"p  
 偏振度：50.0 $)a5;--W  
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。 !t{!.  
TyXOd,%zl  
 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。 /'+JP4mK  
 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。 $l"(tB7d  
 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。 $\H46Ji  
LM`#S/h  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 #>NZN1  
YH$`r6\S  
l'R`XGT  
 初始参数： ;!Bkk9r"H  
 光栅高度：80nm *Y?]="8c#;  
 占空比：40% lK@r?w|<M  
 参数范围： sTYl' Ieg  
 光栅高度：50nm—150nm hZG{"O!2s  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) t":>O0>cz  
 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% uf3 gVS_h=  
+g30frg+Gl  
 优化结果：  .l'QCW9  
 光栅高度：101.8nm J(L$pIM  
 占空比：20.9% w-/Tb~#E  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） J#nEGl|a  
 偏振对比度：50.0 Jc6 D^=  
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。 Lj\<qF~n  
F.hC%Ncu  
12. 结论 9 f+7vC
A  
Yq.@7cJ  
 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) M](U
"K?  
 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 P0<uF`87  
(如Downhill-Simplex-algorithm) Jl}7]cVq#  
 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。 ]sE^=;Pv?