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infotek 2021-11-26 10:04

紫外光栅偏振片的参数优化

案例315(3.1) |tU wlc>  
R\Ckk;<$  
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。 k)[c!\a[i  
Q,Y^9g"B`~  
1. 线栅偏振片的原理 e+<|  
'vYt_T  
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 F>5b[q6~4  
2. 建模任务 Sn^M[}we  
 4CtWEq  
x6$3 KDQm  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 bR1Q77<G\  
 偏振元件的重要特性:  -PU.Uw]  
 偏振对比度 A`Rs n\  
 透射率 jP0TyhM  
 效率一致性 o q6^  
 线格结构的应用(金属)
h(GSM'v  
.XVL JJ#  
3. 建模任务 \KS.A 4  
x-z方向(截面)                         x-y方向(俯视图)
:."6g)T  
4. 建模任务:仿真参数 mB6%. "  
n ywC]T  
偏振片#1: ]rNxvFN*j  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 =6f)sZpPh  
 高透过率(最大化) ]"?<y s  
 光栅周期:100nm(根据加工工艺) 3.g4X?=zd  
 光栅材料:钨(适用于紫外波段) 9g'6zB  
偏振片#2: 0P{8s  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 Rlm28  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 [@B!N+P5;  
 光栅周期:100nm `Q/\w1-Q  
 光栅材料:钨 RTDplv; ]  
f! )yE`4-  
5. 偏振片特性 ]m7x&N2  
ie>mOsz  
 偏振对比度:(要求至少50:1) F-M)6&T  
9'e<{mlM  
]"htOO  
@?;)x&<8?3  
 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) [d-Y1  
1_]%,  
:7JP(j2  
PfB9 .f{  
6. 二维光栅结构的建模 94]i|2qj*  
vS[\ j  
8rFP*K9  
 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 +(z[8BJl  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 feeHXKD|  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 *65~qAd  
-v|lM8  
-}( o+!nl  
[-81s!#mkw  
7. 偏振敏感光栅的分析 _34%St!lg  
~*+evAP  
 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 S v#,L8f  
 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) ~2yhZ  
 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。
X?JtEQ~>  
8. 利用参数优化器进行优化 1CM 8P3  
l<ZHS'-;8  
~V?\@R:g  
 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 {sj{3Iu  
 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 '<*%<J{(  
 在该案例种,提出两个不同的目标: ,^<39ng  
 #1:最佳的优化函数@193nm <X5ge>.  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数
Asq&Z$bB_  
L|1~'Fz#w  
9. 优化@193nm -7o-d-d F  
a40>_;}:x  
t("koA=.  
 初始参数: *,*XOd:3TL  
 光栅高度:80nm 5Z"N2D)."  
 占空比:40% PI,2b(`h_  
 参数范围: >Rb jdM5K4  
 光栅高度:50nm—150nm ,OP\^  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) jqTK7b  
 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 ! L3|5:j  
,9ew75Jl  
0tPwhJ  
 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 : t75iB=  
 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。 ~x@V"rxGw  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 O'.{6H;t  
 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 H`Zg-j`  
>?G!>kw  
10. 优化@193nm结果 JS<w43/j  
dldS7Q  
:O?3lj)  
 优化结果: A@4{-e\  
 光栅高度:124.2nm XaoVv2=G~  
 占空比:31.6% w !<-e>  
 Ex透过率:43.1% ymnK`/J!Q  
 偏振度:50.0 A2\3.3  
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。 f 9IqcCSW  
}*aj&  
 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。 Zw%:mZN  
 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。 =*>.z@WQ  
 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。 %zDi|WZ  
-rHqU|  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 {!wd5C@  
)|5mW  
|RqCI9N6  
 初始参数: Ys?0hd<cn  
 光栅高度:80nm 0Jd>V  
 占空比:40% |S]fs9  
 参数范围: iV\*7  
 光栅高度:50nm—150nm o$7UWKW8  
 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Bi"cWO  
 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% ou]jm=4[  
r?pFc3 ~N  
TQ[J,  
 优化结果: ]XL=S|tIq  
 光栅高度:101.8nm x8wsx F  
 占空比:20.9% ?#nk}=;g8  
 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) tn(6T^u  
 偏振对比度:50.0 !.4q{YWcYk  
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(f|LG[I  
t~qAA\p}o  
12. 结论 W*n|T{n  
vAOThj)  
 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) <Skf n`).  
 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 0wF)bQv1  
(如Downhill-Simplex-algorithm) XXD4T9Wy  
 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。 Y 7?q `  
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