紫外光栅偏振片的参数优化
案例315(3.1) u|'}a3 QoVRZ $!p 该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化,紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能,如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 yavoGk z%pD3J?> 1. 线栅偏振片的原理 nR()ei^X ~.,h12
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 :1O1I2L0 2. 建模任务 v1E=P7}\{s V&>\U?q: ZJ7<!?6 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 kQY+D1 偏振元件的重要特性: V;V,G+0Re 偏振对比度 ,%a7sk<5k 透射率 t=;84lA 效率一致性 az=(6PX 线格结构的应用(金属) k;?Oi?] ydyGPZt 3. 建模任务: U=G^wL
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) x`#|8 4. 建模任务:仿真参数 s.)nS$ [v!TQwMU 偏振片#1: rq.S0bzH 偏振对比度不小于50@193nm波长 *Ugtg9j 高透过率(最大化) S24wv2Uw i 光栅周期:100nm(根据加工工艺) +&p}iZp 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ~GWn > 偏振片#2: Po:)b 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 {D( _" 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 bxS+ R\ 光栅周期:100nm {0#p, l 光栅材料:钨 8] BOq: N{f4-i~ 5. 偏振片特性 >WsRCBA y<<:6OBj 偏振对比度:(要求至少50:1) %qM3IVPK)q nv9kl Q@
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K]$D[a0 $:bU< 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ':v@Pr| 7D;g\{>M
+6xEz67A< v=~=Q*\l 6. 二维光栅结构的建模 a^*@j:[ {cNH| Uv-xP(X 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 G(puC4 "& 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 ~\9bh6%R 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 oM@X)6P_ J)w58/`?t
\y-Lt!} 0wzq{~\{=_ 7. 偏振敏感光栅的分析 2{!^"iW <V3N!H_d 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析,该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 =/k*w#j 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) ml|[xM8 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 ZjE!?
'(ef 8. 利用参数优化器进行优化 l"\W] 'T:r
r2EIhaGF; >?$+hZz< 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。 !~{AF|2f 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 SOyE$GoOsx 在该案例种,提出两个不同的目标: O1.a=O #1:最佳的优化函数@193nm S >P TD@ #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 ?s<'3I{F`
a;a2x
.< 9. 优化@193nm !,*#e
#!?5^O
}Om+,!_d 初始参数: JZ[~3swR 光栅高度:80nm f3 lKdXnP 占空比:40% 4JTFdbx 参数范围: *{]9e\DF 光栅高度:50nm—150nm EV:y} 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) G_wzUk=L 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 *3hqz<p4: 3
;F=EMz{
kq[*q-:"x 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 CW(]6s u{ 通过改变参数的权重,以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 Fejs9'cB “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 %bnDxCj" 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 5Pis0fa FTtGiGd|Zy 10. 优化@193nm结果 !s;+6Sy )fz)Rrr
-f.<s!a 优化结果: &)Fp 光栅高度:124.2nm 4c2*)x$@ 占空比:31.6% 8J:6uO
c| Ex透过率:43.1% %y~=+Sm%m 偏振度:50.0 jXO*_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。 Q(-:)3g[aL S6 F28 d[j 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。 R qS2Qo] 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。 0k I.dX) 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。 So*Q8`"-. $cri"G 11. 300nm到400nm波长范围的优化 JVA JLq #msXAy$N3r %,rUN+vW 初始参数: P`HE3?r 光栅高度:80nm )o'&f"/ 占空比:40% zrjqB3R4@O 参数范围: I
U/HYBJH 光栅高度:50nm—150nm 3&!X8Lhv 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) ^tIi;7k 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% 00'R1q4 xBhfC!AK}
|1G /J[E 优化结果: c+/SvRx^> 光栅高度:101.8nm ~S)o(' 占空比:20.9% :qi"I;=6 Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) i,BE]w 偏振对比度:50.0 "Y9
*rL 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。 _dY6Ip% g]9!Pi8jn 12. 结论 _f%Wk>A4 N5 SK_+ 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) 5V\\w~&/ 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 08&DP^NS (如Downhill-Simplex-algorithm) i{w<4E3 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。 LuS]D%
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