[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） `*oLEX
YN  
ip5s'S~  
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。 !hH6
!G  
<2cq 0*$  
1. 线栅偏振片的原理 3SIB #"9  
UjKHGsDi4  
2. 建模任务 OD1ns  

==FzkRA)  
R&xD|w8UjM  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 hChM hc  
 偏振元件的重要特性： +}+hTY$a  
 偏振对比度 zx'`'t4~  
 透射率 Olxb`x  
 效率一致性 5 #kvb$97  
 线格结构的应用(金属) }= <!j5:  
n@mUQ6  
3. 建模任务： D[-Ct  
8%xtb6#7M  
4. 建模任务：仿真参数 *Mp<4B  
JAiV7v4&R  
偏振片#1: |x5w;=  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 ]ip
VN  
 高透过率(最大化) _^'k_a  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) Cn`% *w  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) t3s}U@(C  
偏振片#2:  zIAMM  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ~r>UjC_ B:  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 _SFD}w3b$  
 光栅周期：100nm (u'/tNGS  
 光栅材料：钨 #ASu SQ  
>y8Z{ALQ5  
5. 偏振片特性 6nq.~
f2`  
ZRQPOy  
 偏振对比度：(要求至少50:1) ;q^YDZ'  
.A `:o  
X1'Ze,34  
#&5\1Qu  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) <%Rr-,  
Y zvtxX*  
R;.WOies4  
oaXD^H\  
6. 二维光栅结构的建模 2mT+@G  

7r;A wa  
U&/S  
 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。 $?GO|.59  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 }N|/
b"j9  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 >5gzo6j/  
X'F$K!o*,:  
{vH8X(m  
"nefRz%j+  
7. 偏振敏感光栅的分析 )/pPY  

UCWU|r<s,  
 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。 Arv8P P^'  
 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) mT9
\%5d3  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 0zxeA+U  
8. 利用参数优化器进行优化 gjWH }(K  

W P&zF$  

{2Ibd 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。 [aC9v
Eso!  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 &t
OD  
 在该案例种，提出两个不同的目标： b
DNd m-  
 #1:最佳的优化函数@193nm 0cbF.Um8  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 }<S2W\,G  
>dGYZfqD  
9. 优化@193nm xd.C&Dx5  
/Rz,2jfRx'  
 初始参数： cA\W|A)  
 光栅高度：80nm Dw[Q,SE  
 占空比：40% 9|m L  
 参数范围： ~>R)H#mP7  
 光栅高度：50nm—150nm 2fk   
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) b#U%aPH  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 c 1GP3
 
A~>=l=  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 T}TP.!0E  
 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。 $gTPW,~s[  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 ]>o2P cb;  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 &$Lm95  
BSf"'0I&
 
10. 优化@193nm结果 f+Go8Lg=M  
4#9-Z6kOk  
 优化结果： dp70sA!JF  
 光栅高度：124.2nm PsnU5f)`  
 占空比：31.6% 2cl~Va=  
 Ex透过率：43.1% co80M;4  
 偏振度：50.0 k N+(  
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。 "!?bC#d#(  
ZM?r1Z4  
 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。 K=)R!e8  
 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。 NZ5~\k  
 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。 WXU6J?tIm  
{LDb*'5Cy  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 ,gc#N  
QEKFuY<E+  
Biy 9jIWI  
 初始参数： W!X]t)Ow  
 光栅高度：80nm ^ym{DSx  
 占空比：40% ;I'/.gW;{  
 参数范围： >6 #\1/RP  
 光栅高度：50nm—150nm !y?hn$w0  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) K;y\&'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% a)Ek~{9  
Rp*t"HSaAW  
 优化结果：
`qz5rPyZ  
 光栅高度：101.8nm eb\`)MI/  
 占空比：20.9% bicL%I2h  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） [#Vr)
\n  
 偏振对比度：50.0 UD`Z;F  
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。 *Mc\7D  
T}[vfIJD  
12. 结论 5I,X#}K[  
{;DZ@2|  
 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) :,,y63-f4  
 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 A5ID I<a  
(如Downhill-Simplex-algorithm) L?+|%[  
 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。 o7XRa]O