[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） ^9"KTZc-*  
~hN~>0O  
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。 ['X[qn  
"c`xH@D  
1. 线栅偏振片的原理  ~krS#\  
 ((DzUyK  
2. 建模任务 M<8ML!N0;t  

S;@ay/*~  
>kYp%r6  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 ,axDMMDI  
 偏振元件的重要特性： whc[@Tyx  
 偏振对比度 k1
N$+h ;\  
 透射率 ^nDal':
*  
 效率一致性 (wt+`_6  
 线格结构的应用(金属) @Gjny BJ  
vahoSc;sw  
3. 建模任务： ZykrQ\q9  
{E,SHh   
4. 建模任务：仿真参数 BD;H   
E)YVfM  
偏振片#1: [ x>  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 )r!e2zc=Q  
 高透过率(最大化) jMpa?Jp1  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) RR25Q.c  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) NCt
~9xS.  
偏振片#2: i+(GNcg2  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 4~u9B/v
 
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 BnEdv8\,&s  
 光栅周期：100nm 9Vh
_[^bR  
 光栅材料：钨 .gD km^  
aw$Y`6,S  
5. 偏振片特性 Rl@$xP  
[e4![G&y`  
 偏振对比度：(要求至少50:1) }C~]=Z  
"n- pl  
8$~3ra  
.H;B=nd*  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) <f%/px%1  
J|j;g!fK  
.9 kyrlm  
/7p>7q9g  
6. 二维光栅结构的建模 O~'FR[J  

o~~9!\  
@ ^.*$E5  
 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。 sd!sus|( R  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 5+L8\V9;  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 A@ VaaX  
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X0,-Gn  
XS/n>C  
rWr/p^~  
7. 偏振敏感光栅的分析 ,f<B}O  

{%7<"  
 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。 l{EU_|q  
 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) A'g,:8Ou  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 w6U @tW  
8. 利用参数优化器进行优化 OOLe[P3J3  

"L_-}B
K  

nEVbfNo0  
 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。 84Zgo=P}  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 M:|/ijpN  
 在该案例种，提出两个不同的目标： )F E8D  
 #1:最佳的优化函数@193nm #WEq-0L  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数
*gSO&O=  
K -E`y  
9. 优化@193nm 1f;or_f#k?  
]L(54q;W  
 初始参数： \3j)>u,r  
 光栅高度：80nm #~e9h9  
 占空比：40% )Pa*+ew7  
 参数范围： Lh!z>IWjOG  
 光栅高度：50nm—150nm 4?]ZV_BD  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) \_>?V5(  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 9l l|JeNi  
u_Zm1*'?B  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 r#I>_Utsy  
 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。 d#7]hF
  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 LaT8l?q q  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 -pX|U~a[  
x\]z j!  
10. 优化@193nm结果 w .l|G,%=  
9<Ag1l  
 优化结果： id4]|jb  
 光栅高度：124.2nm F,.Q|.nN  
 占空比：31.6% Wxk;g  
 Ex透过率：43.1% X#7}c5^Y  
 偏振度：50.0 pj@Yqg/  
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。 ' 3VqkQ4  
;%!tf{Si  
 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。 LV\ieM  
 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。 wzbz}P>  
 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。 d/4ubf+$k  
jQs*(=ls  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 A`Q >h{  
nHVPMi>  
NkoofhZ  
 初始参数： QA!#s\  
 光栅高度：80nm 6~3jn+K$1  
 占空比：40% $>(9~Yh0  
 参数范围： Mb~~A5  
 光栅高度：50nm—150nm ~R$[n.Vpk  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) uYabJqV  
 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% *{Yi}d@h(  
<oZ(ng@X  
 优化结果： i<Q&
D\Pv  
 光栅高度：101.8nm 1oB$u!6P  
 占空比：20.9% *F|i&2  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） /t$*W\PL@  
 偏振对比度：50.0 KZZOi:  
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。 wn{]#n=|l  
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.6"VQu}  
12. 结论 EZ*t$3.T  
/[6:LnaE  
 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) C~{xL>I  
 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 K:uQ#W.&  
(如Downhill-Simplex-algorithm) .@Hmg  
 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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