紫外光栅偏振片的参数优化
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。 wmNHT _ \2[<XG(^ 1. 线栅偏振片的原理 )|j[uh6wo Mj>}zbpk/
带金属脊的线栅偏振片(如铝,铬等)。 n>,L=wV 2. 建模任务 3>ex5 1L7{p>;-dO DVZdClAL 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 yn
AB 偏振元件的重要特性: EO|:FcW 偏振对比度 ?[TfpAtQ` 透射率 K`}{0@ilCw 效率一致性 09KcKhFB 线格结构的应用(金属) h[KvhbD3 <E;pgw! 3. 建模任务: }/dRU${!
x-z方向(截面) x-y方向(俯视图) f8 /'%$N 4. 建模任务:仿真参数 D(W,yq~7uY ,y`CRlr: 偏振片#1: +.B<Hd 偏振对比度不小于50@193nm波长 u*S=[dq 高透过率(最大化) R;whW:Tx 光栅周期:100nm(根据加工工艺) F~#zxwd 光栅材料:钨(适用于紫外波段) ql{(Lf$ 偏振片#2: wCs^J48= 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 !2\ r LN 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 -Lu)'+ 光栅周期:100nm SEwku} 光栅材料:钨 5FVndMM#y 'XQ`g CF= 5. 偏振片特性 v!3A9!. 5[l8y, 偏振对比度:(要求至少50:1) GY3 Wj ] G.%Ty
'k;4 j|< WFR?fDtE 一致性误差,如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) %)jxW{ ]=rht9),"
A,CW_ 'X).y1' 6. 二维光栅结构的建模 G2 ]H6G$M J2q,7wI# :Eh\NOc_O 该案例使用一般二维光栅工具,该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 vzzE-(\\e 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 !?f5>Bl 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 v$~QCtc HD,xY4q&N
(2ur5uk+ 3uU]kD^ 7. 偏振敏感光栅的分析 8,D 2^Gg cUqn<Z<n 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。 \}6;Kf}\ 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) Dih6mTP{ 此外,分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 0`.^MC? 8. 利用参数优化器进行优化 bawJ$_O_
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6]epp[8 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 lN,/3\B 如要求的效率和偏振对比度等,可在优化结构参数中找到。 O1%pxX'`S 在该案例种,提出两个不同的目标: nMDxH$O #1:最佳的优化函数@193nm xX3'bsN #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 ]A
FI\$qB\ U~{du;\ 9. 优化@193nm { pu85'DV n%h^o
WPZ?*Sx 初始参数: 5vo.[^ty 光栅高度:80nm rG?>ltxB 占空比:40% R(.}C)q3 参数范围: -?]W*f 光栅高度:50nm—150nm A,i75kd 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) Vc^HVyAx@n 评价函数:偏振度目标值为50,要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 Yw _+`,W ]v[|B
x@mL $ 根据需要的评价函数,可以选择不同的约束类型。 i'stw6*J 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。 MT(o"ltQ “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 >+.
(r] 在该案例中,权重选择如图所示,因此贡献值相同。 gOgps: |+ N5z 10. 优化@193nm结果 \
w3]5gJZ HW&%T7
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zYXV; 优化结果: [ dtbkQt,c 光栅高度:124.2nm \xg]oKbn 占空比:31.6% '
|-JWH Ex透过率:43.1% R.7 :3h 偏振度:50.0 (F7(^.MG 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。 hF2IW{=! V"cKJ;s 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。 +C7 ~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。 A^Kbsc 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。 kyR*D1N&) I ZQHu h 11. 300nm到400nm波长范围的优化 ceNix!P E.1J2Ne a^ ,(v 初始参数: 5s(1[( 光栅高度:80nm ;lYHQQd!, 占空比:40% u!1{Vt87 参数范围: j*xV!DqC 光栅高度:50nm—150nm bINvqv0v 占空比:20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) 8H[:>;SI 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% z;@*r}H y
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-i-? .: 优化结果: 0M\D[mg 光栅高度:101.8nm r1RG TEkD 占空比:20.9% bLt.O(T} Ex一致性透过率:5%(300nm到400nm之间) %`Z!4L 偏振对比度:50.0 P2Vg 4 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。 ybp -$e E*i#?u 12. 结论 iR"N13 r'gOVi4t1* 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) qZ@s#UiB VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式,用以改善提高光学元件的性能 C]Q8:6b (如Downhill-Simplex-algorithm) A 7[:5$ 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。 j65<8svl
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