紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) yGT"k,a p18-yt;
1 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。 l
" pCxA F7^8Ej9*a 1. 线栅偏振片的原理 }X$vriW `J[(Dx'y=t
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 /*`BGNkYY 2. 建模任务 + L;[-]E8 /D`M?nD7 !H{)L@f 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 "Ol;0>$ 偏振元件的重要特性: 2FD[D`n]f 偏振对比度 VH4P|w[YF 透射率 OHssUt 效率一致性 p|,K2^?Y 线格结构的应用(金属) Ky|Hi3? \hdR&f5q 3. 建模任务: rtvuAFiH
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) g-pDk*|I,Q 4. 建模任务:仿真参数 n}
GIf& S+ymdZ)xZ` 偏振片#1: [POcO 偏振对比度不小于50@193nm波长 @pQv}% 高透过率(最大化) j$T2ff6 光栅周期:100nm(根据加工工艺) XtT;UBE 光栅材料:钨(适用于紫外波段) F){f{-@) 偏振片#2: 9r+ `j 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 (*&6XTV( 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 |O\(<n S 光栅周期:100nm $8_t.~q 光栅材料:钨 4S 2I]d P0RMdf 5. 偏振片特性 v 8{oXzyy ?8-e@/E#x 偏振对比度:(要求至少50:1) miuJ!Kr' q]<Xx{_
9Lk.\. ~IE:i-Kz 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) dulW!&*No rMe`HM@
?-#w [J'6 i= ~HXr} 6. 二维光栅结构的建模 U~Ni2|}\C9 m f4@g05 5PKv@Mk 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 x 9Gm)~ 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 kt[#@M!} 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 {zbH.V[ 70HEu@-
L}>9@?;GW #A:I|Q 1$g 7. 偏振敏感光栅的分析 rRT9)wDa Ug_zyfr 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。 oVl:./(IB 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) T%P0M* 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 UY}lJHp0 8. 利用参数优化器进行优化
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zXcSE" gl]{mUZz} 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。 ucoBeNsHx 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 ,Oxdqx u7 在该案例种,提出两个不同的目标: eWwSD#N# #1:最佳的优化函数@193nm lJ7k4ua\ #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 Lb2Bu > H7l[5ib 9. 优化@193nm *:\QD 8 ^ &]#D`u
F>^k<E?,C 初始参数: SvI 光栅高度:80nm 3c9v~5og4 占空比:40% \BJnJk!% 参数范围: )}paQmy# 光栅高度:50nm—150nm !*CL>}-, 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) l8^^ O 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 \9ap$ _II;$_N
VLQfuh; 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 \;P Bx & 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 + FLzK( “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 v t(kL(}v 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 t$Qav>D 4AP<mo 10. 优化@193nm结果 t5 5k#`Z N:&^ql4
E; RI.6y 优化结果: u9VJ{F 光栅高度:124.2nm RQe#X6'h 占空比:31.6%
Rl6E Ex透过率:43.1% 4|Z3;;%+ 偏振度:50.0 1lMU('r% 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。 ri\r%x 1}V_:~7 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。 L0uN|?} 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。 u1>| 2D 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。 x:?1fvVR eqjl$QWPJS 11. 300nm到400nm波长范围的优化 d3Y#_!) AZtZa'hbkQ D+"5R5J", 初始参数: se(_`a/4Q 光栅高度:80nm iyj&O" 占空比:40% +gT?{;3[i 参数范围: Ym!Ia&n 光栅高度:50nm—150nm |yQ3H)qB# 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) yNI}=Z 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% ?b2%\p`" :Fm+X[n
=">O;L.xj 优化结果: +B*ygv: 光栅高度:101.8nm WO_cT26Y 占空比:20.9% Y_f6y9?ZE Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) }R.cqk\qa^ 偏振对比度:50.0 OGh bH a 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。 %.<w8ag _RjM . 12. 结论 0} HKmEM 9<-AukK m 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) f*kT7PJG 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 j1<@*W&b (如Downhill-Simplex-algorithm) e
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&w 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。 P1H`NOC
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