紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) 6t9Q,+nJ o*OYZ/_L 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。 h3rdqx1 !#0Lo->OO 1. 线栅偏振片的原理 wc7gOrPpm ?Fgk$WqC
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 A&%vog]O 2. 建模任务 @~pIyy\_ MY>mP v'`VyXetl 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 5U)Ia>p 偏振元件的重要特性: W]E6<y' 偏振对比度 yPG,+uQ$. 透射率 !{'C.sb?~ 效率一致性 GSzb 线格结构的应用(金属) 'p3JYRT$ m$^Wyk} 3. 建模任务: rro92(y
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) ?&ie;t<7 4. 建模任务:仿真参数 (>O'^W\3p yhzC 9nTH 偏振片#1: =
GUgb2TAT 偏振对比度不小于50@193nm波长 C3EQzr` 高透过率(最大化) "G. L)oD 光栅周期:100nm(根据加工工艺) zu8 光栅材料:钨(适用于紫外波段) J3Ipk-'lx 偏振片#2: chw6_ctR> 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 K
q;X(&Z 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 VF8pH< 光栅周期:100nm A")F7F31c 光栅材料:钨 lu~<pfg nf#;]FijB 5. 偏振片特性 e}%~S9\UL5 M7U:UV) 偏振对比度:(要求至少50:1) 8T ?=_| HRX}r$
fTb&k;'LR< P)7:G?OTx 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) $oF0[ }S X2CpA;#;7l
zx:Qz Zb> UY8 6. 二维光栅结构的建模 A HnXN%m XcN"orAo R@ksYC3 F 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 N]yh8"7X 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 D^]g`V*N 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 Tj0qq . < cNJrer
+5AWX,9,- #8xP,2&zf 7. 偏振敏感光栅的分析 =i'APeNaQ FU]jI[ 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 C/34K( 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) jU~q~e7Te 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 UNK}!>HD 8. 利用参数优化器进行优化 [S Jx\Os
JDbRv'F:( /6Bm
<k% 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 42E%&DF 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ;ZOu-B]q 在该案例种,提出两个不同的目标: H3Ws$vl9n #1:最佳的优化函数@193nm tk]>\}% #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 Veeuw ,)u1r3@I^ 9. 优化@193nm wk+| }s Pk2=*{:W
GXk]u 初始参数: <m"fzT<" 光栅高度:80nm 9(-f)$u 占空比:40% 7{W#i<W 参数范围: o5h*sQ9 光栅高度:50nm—150nm }0okyGg>q 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) rt8"U<~ 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 g#*LJ`1 z^,P2kqK_
!-tP\%' 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 x->H~/ 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 T<ka4 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 E'g?44vyw 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 Xtk3~@ %4$J.6M 10. 优化@193nm结果 vV
PK }5b,u6
rbw~Ml0 优化结果: dy"7Wl]hi7 光栅高度:124.2nm ~pt#'65}: 占空比:31.6% X$A[~v Ex透过率:43.1% NG+%H1!$_ 偏振度:50.0 "wi}/,) 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。 zE8qU; ]39])ul 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。 *L{^em#b 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。 q;Rhx"x>T 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。 p3Z[-2I \Dx5= Lh 11. 300nm到400nm波长范围的优化 Ewq7oq5: -IE=?23Do? zqCr'$ 初始参数: ,>3b|-C- 光栅高度:80nm wl Nl|+ K 占空比:40% $aC%&&+wG 参数范围: {>h,@ 光栅高度:50nm—150nm v"x'rx# 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 2= RQ,@s 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外,透射一致性偏差不超过5% [M#I Nm} rD!UP1Nb
:G4)edwe 优化结果: W<\*5oB%H 光栅高度:101.8nm |'QgL0?
占空比:20.9% 1 ~s$< Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) y.aeXlc[ 偏振对比度:50.0 z{(c-7* 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。 j"Z9}F@ L"It0C 12. 结论 j&l2n2z }>yQ!3/i 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) v$~ZT_"(9 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 QI4a@WB]ok (如Downhill-Simplex-algorithm) \E8CC>Jd 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。 czcsXB l[
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