[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） /vMQF+  
NU BpIx&  
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。 3}v0{c  
tvGg@Xs\  
1. 线栅偏振片的原理  >cC Gx  
]:[)KZ~  
2. 建模任务 [P(rY  

Vf@S8H  
vsOdp:Yp9!  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。  zjZ;xn  
 偏振元件的重要特性： d<e+__2  
 偏振对比度 z7
D*z8,i  
 透射率 .~FKyP>[$  
 效率一致性 IptB.bYc  
 线格结构的应用(金属) \HBVNBY  
UUt~W  
3. 建模任务： nL "g23  
u?LW+o  
4. 建模任务：仿真参数 S.zg&  
,+swH;=7#r  
偏振片#1: gPF}aaB
6  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 Fr938q6^-  
 高透过率(最大化) b|\{ !N]  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) t?pIE cl  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) JNU"5sB  
偏振片#2: (MF+/fi  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ]<&
B BQ  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率
&"@HWF  
 光栅周期：100nm [a#?}((  
 光栅材料：钨 uK+9gTv  
g] 7{5  
5. 偏振片特性 ~z-?rW  
,n /SDEL  
 偏振对比度：(要求至少50:1) \}]=?}(  
60
Xl.  
dXf]G6  
r_qncy,F  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) B;Q`vKY  
=!I8vQ>  
F)[XIY&2/  
:8\*)"^E  
6. 二维光栅结构的建模 !3b|*].B  

[="g|/M)  
op.PS{_t  
 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。 rw40<SS"Z  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 02]8|B(E90  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 6Y92&  
7$Z)fkx.  
iZDb.9@&t  
mM\!4Yi`7  
7. 偏振敏感光栅的分析 {y+v-v/#  

~:ub  
 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。 &"~,V6,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) dd?x5|/#  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ^^t]vojX  
8. 利用参数优化器进行优化 IxK 3,@d  

)n[`Z#  

EDPI*@>  
 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。 YKs^%GO+  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 !"o1ve`{  
 在该案例种，提出两个不同的目标： ^>vO5Ho.  
 #1:最佳的优化函数@193nm ?h>%Ix  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 )|59FOWg  
F| ,Vw{  
9. 优化@193nm b3y,4ke"  
(|ct`KU0#  
 初始参数： {
3F}Slb  
 光栅高度：80nm $Nt]${0  
 占空比：40% SzgY2+Qq  
 参数范围： G}9bCr,  
 光栅高度：50nm—150nm K_<lO,[S  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) $fj"*   
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 6f5sIg  
] fwTi(4y  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 @Z=y'yc'y.  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 .eDxIWW+ft  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 /FNj|7s  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 Tg{dIh.Q~O  
!,-qn)b  
10. 优化@193nm结果 VW<"c 5|  
&s6(3k  
 优化结果： zM9).D H  
 光栅高度：124.2nm I;|5C=!  
 占空比：31.6% u=ds]XP@  
 Ex透过率：43.1% +2k|
g2  
 偏振度：50.0 7:R{
~|R  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 [jtj~]&mO  
Ik@Q@ T"  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 "#eNFCo7k  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 Jj^<:t5{rN  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 w3]0 !)t1  
Ph7(JV{  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 }mT%N eS  
"`1of8$X7  
~M9n<kmE  
 初始参数： ,[K)E  
 光栅高度：80nm .o,51dn+ s  
 占空比：40% )1tnZ=&  
 参数范围： 7gR;  
 光栅高度：50nm—150nm  "p
pb%=  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) c_8mQ  
 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% %Cbc@=k  
XKPt[$ab  
 优化结果： XtH_+W+O  
 光栅高度：101.8nm ?\p
%Mx?  
 占空比：20.9% ;(iUY/ h[h  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） $nd-[xV  
 偏振对比度：50.0 wGQhr="  
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。 B6!<@*BI  
Drq{)#7  
12. 结论 u>i+R"hi"  
p~zTRnm  
 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) 0f#a_  
 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 HEfA c  
(如Downhill-Simplex-algorithm) (9[C0e
S  
 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。 :M?')