[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） LD$5KaOW  
(!~cOx   
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。 mxa~JAlN_  
rPV Q#iB  
1. 线栅偏振片的原理 fqNh\~kja  
TBj
2(Z  
2. 建模任务 ,/;Aew;  

]z'&oz  
{15j'Qwm  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 !b8V&<  
 偏振元件的重要特性： o3J#hQrl  
 偏振对比度 "F F$Q#)  
 透射率 o+A7hBM^  
 效率一致性 Z%t_1t  
 线格结构的应用(金属) &5CRXf  
|{(<A4W  
3. 建模任务： ]33!obM  
t^s&1#iC  
4. 建模任务：仿真参数 l45/$G7  
dkQ4D2W*\  
偏振片#1: <r%K i`u(p  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 j3j?2#vR  
 高透过率(最大化) 
j\2Qe%d  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) YIQD9  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) ]#tB[
G  
偏振片#2: r`H}f#.KR  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 "<,lqIqA;  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 +8Xjk\Hi  
 光栅周期：100nm |z
-f8$  
 光栅材料：钨 *ap,r&]#F  
*a9cBl'_  
5. 偏振片特性 !09)WtsEfx  
C@(@n!o:!  
 偏振对比度：(要求至少50:1) {)YbksrJ{  
uLhGp@Dx  
;pnF%co9  
wu <0or2  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) o`T.Zaik,  
s~M4.06P  
Jo?LPR \6  
!xs}CxEyA  
6. 二维光栅结构的建模 &@~K8*tmK  

uEPp%&D.+  
i3-5~@M  
 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。 -hd
 
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 m#"_x{oa  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 MZgaQUg  
}:m#}s  
~i,d%a  
9~SPoR/_0  
7. 偏振敏感光栅的分析 0.MB;gm:  

w$]G$e  
 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。 =RoE=)1&-  
 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) 7Cz~nin>7  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ZO+RE7f*?c  
8. 利用参数优化器进行优化 tXE/aY*I  

a>4/2#J  

~q>jXi  
 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。 ;-db/$O  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 {^]qaQ[5N  
 在该案例种，提出两个不同的目标： HQ-[k$d W4  
 #1:最佳的优化函数@193nm >6es 5}  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 N,`@
Q7  
X3:1KDVsV  
9. 优化@193nm Bm~^d7;Cw  
-l[H]BAMXy  
 初始参数： O4rjGTRF  
 光栅高度：80nm " ityx?  
 占空比：40% kZ9Gl!g  
 参数范围： 7qC /a c  
 光栅高度：50nm—150nm snbXAx1L  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) e$LC  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 -Jv,#Z3  
Ey@^gHku\  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 5Tn<  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 uQ=u@qtp  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 #X(2  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 "8QRYV~Z  
Z%~}*F}7X  
10. 优化@193nm结果 G^'We6<  
MN: {,#d0  
 优化结果： 8\J$\Edv  
 光栅高度：124.2nm P@y)K!{Nk  
 占空比：31.6% | BaEv\$K  
 Ex透过率：43.1% {$S"Sj  
 偏振度：50.0 r] /Ej!|  
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。 CvIuH=,  
= MByD&o`  
 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。 9Og  
 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。 3MQHoxX  
 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。 Csyh 'v  
2j f!o  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 T m"B  
"8Dm7)nB  
'IU3Xu[-.  
 初始参数： yp~z-aRa  
 光栅高度：80nm ^"Bhp:o2  
 占空比：40% S @[]znH  
 参数范围： ru:"c^W:[  
 光栅高度：50nm—150nm Q8m~L1//S  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) O0}uY:B  
 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% bI.hG32  
SX,$$43  
 优化结果： vhMoCLb  
 光栅高度：101.8nm rDl/R^w"  
 占空比：20.9% G 1{m"1M  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） <pp
dy,j:  
 偏振对比度：50.0 [kJ;Uxncz~  
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。 xst-zfkH`  
v:lkvMq|=  
12. 结论 TY/'E#.  
0Hrvr  
 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) YM#'+wl}`  
 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 IAA_Ft  
(如Downhill-Simplex-algorithm) Vc0j)3  
 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。 ?* ~4~ZEE