[技术]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） SJE!14|e  
{c7@`AV]  
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。 iF_u/#  
TCi0]Y~a  
1. 线栅偏振片的原理 ,^jQBD4={  
Z% ]LZ/O8  
2. 建模任务 \w-3Spk*  

fc4jbPp:M  
]deO\mB  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 X@/X65=[  
 偏振元件的重要特性： W#kLM\2L  
 偏振对比度 6=x]20  
 透射率 G]dHYxG  
 效率一致性 y^D3}ds  
 线格结构的应用(金属) D'Uc?2X,&  
:Ye~I;"8  
3. 建模任务： J ayax]u7J  
cW?6Iao  
4. 建模任务：仿真参数 d <zD@ z  
)iZhE"?z  
偏振片#1: mS.!lkV  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 nO;ox*Bk+8  
 高透过率(最大化) '=d y =  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) qj^A  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) C
OD^osM@  
偏振片#2: 9h<iw\$'  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 ^5+7D1>W%  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 9
QkssI  
 光栅周期：100nm G$~hAZ  
 光栅材料：钨 TC ;Aj|)N  
Rli
`]~!w  
5. 偏振片特性 [TT:^F(Y  
}}wSns  
 偏振对比度：(要求至少50:1) X*e:MRw[  
7e{w,.ny!  
(D+%*ax  
9~ifST\  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) K%SfTA1TCB  
T<RWz  
GB}X
 
2O2d*Ld>  
6. 二维光栅结构的建模 7K!n'dAi6  

QdIoK7J 9  
o/!a7>xO4  
 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。 !DKl:8mx4  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 W61:$y}8  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 P[e#j  
l%`~aVGJ  
{Hw$`wL  
3>z+3!I z  
7. 偏振敏感光栅的分析 vY,]f^F"  

{[+Q\<  
 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。 |D8c=c%  
 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) 4Q\~l(  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ^{g+HFTA@  
8. 利用参数优化器进行优化 i^/H>E%u  

aIN?|Ch  

=gSACDTc  
 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。 ?[lKft  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 ~s[Yu!(  
 在该案例种，提出两个不同的目标： {7=k/Y*U  
 #1:最佳的优化函数@193nm ,Nev7X[0  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 eBW]hwhKzM  
jF5oc  
9. 优化@193nm RY*s}f  
3N{ ZX{}  
 初始参数： hPUYq7B  
 光栅高度：80nm Zr;(a;QKs  
 占空比：40% l" H/PB<.  
 参数范围： 79U7<]-!  
 光栅高度：50nm—150nm +L#):xr  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) hhOrO<(  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 3. g-V  
dJZ 9mP!d  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 r$Y% 15JV  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 sT"{ e7;F;  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 , pr ",=  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 )W![TIp  
Pe7% 9  
10. 优化@193nm结果 fOO[`"'Pq  
BP@Lhii  
 优化结果： fehM{)x2:  
 光栅高度：124.2nm p"J\+R  
 占空比：31.6% LpSd/_^b  
 Ex透过率：43.1% j'FBt8P'  
 偏振度：50.0 HoKN<w  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 oJEjg>%n  
*:V"C\`^n  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 cX@72  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 ehls:)F  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 A*hc w  
zDofe*  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 _6Fj&mw(u  
\o,`@2H+'  
\9dC z;  
 初始参数： v\ Xk6k  
 光栅高度：80nm <rFY$ ?x  
 占空比：40% c-^\YSDMN  
 参数范围： uCpk1d  
 光栅高度：50nm—150nm eVbaxL!Q^  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) BM]sW:-v  
 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% K3^N_^H  
*1;}c z  
 优化结果： 20H$9M=}  
 光栅高度：101.8nm \
)vxZ!  
 占空比：20.9% }x1p~N+;  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） slMWk;fmD}  
 偏振对比度：50.0 ``mW\=fe  
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。 |^E#cI  
A?*_14&  
12. 结论 ByPzA\;e  
KBo/GBD]|  
 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) I8 {2cM;  
 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 38T2IN  
(如Downhill-Simplex-algorithm) u9"1%  
 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。 /xRPQ|